KĨ THUẬT PHÂN TẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G+

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đố án công trình có từ trước Sinh viên thực : Võ Thiện Thọ Lớp : 09DT1 Đà Nẵng, tháng năm 2014 MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chương 1.1.1 Thông tin di động hệ thứ (1G) 1.1.2 Thông tin di động hệ thứ hai (2G) 1.1.3 Bước đệm 2,5G 1.1.4 Thông tin di đông hệ thứ ba (3G) 1.1.5 Công nghệ HSPA 3,5G 1.1.6 Cộng nghệ đa phương tiên di động tương lại 4G 1.2 Tổng quan HSPA 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Sự phát triển công nghệ HSPA 1.2.3 HSPA HSPA+ 1.2.3.1 HSPA (High Speed Packet Access) 1.2.3.2 HSPA+ 10 1.3 Tổng quan LTE (4G) 10 1.3.1 Giới thiệu 10 1.3.2 Mục đích LTE 10 1.3.2.1 Tăng tốc độ truyền liệu 10 1.3.2.2 Đảm bảo hiệu suất di chuyển 11 1.3.2.3 Dải tần linh hoạt 11 1.3.2.4 Giảm độ trễ mặt phẳng người sử dụng 11 1.3.2.5 Độ phủ sóng 12 1.3.2.6 Tồn với chuẫn hệ thống trước 12 1.4 Kết luân chương 12 CHƯƠNG : ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VÀ KĨ THUẬT OFDM 13 2.1 Giới thiệu chương 13 2.2 Kênh vô tuyến 13 2.2.1 Các đặc tính kênh vô tuyến 14 2.2.1.1 Hiện tượng đa đường (Multipath) 14 2.2.1.2 Suy hao không gian tự 15 2.2.1.3 Hiệu ứng dopper 15 2.2.1.4 Suy hao đường truyền 16 2.2.1.5 Độ trải trễ 16 2.2.2 Các dạng kênh truyền 16 2.2.2.1 Kênh truyền chọc lọc tần số kênh truyền không chọn lọc tần số 16 2.2.2.2 Kênh truyền chọn lọc thời gian kênh truyền không chọn lọc thời gian 18 2.3 Nhiễu hệ thống thu phát 18 2.3.1 Nhiễu trắng cộng Gausian (AWGN) 18 2.3.2 Nhiễu xuyên kí tự ISI 19 2.3.3 Nhiễu liên sóng mang ICI 19 2.4 Kênh phân bố Rayleigh 19 2.5 Kĩ thuật OFDM 21 2.5.1 Khái niệm 21 2.5.2 Mô hình OFDM 21 2.5.2.1 Điều chế tín hiệu OFDM 21 2.5.2.2 Bộ chuyển đổi nối tiếp song song (S/P) song song nối tiếp (P/S) 22 2.5.2.3 Bộ IFFT FFT 22 2.5.2.4 Tiền tố lặp CP 22 2.5.2.5 Ưu nhược điểm OFDM 23 2.6 Kết luận chương 23 CHƯƠNG : CÁC KĨ THUẬT PHÂN TẬP 24 3.1 Giới thiệu chương 24 3.2 Các kĩ thuật phân tập 24 3.2.1 Phân tập thời gian 24 3.2.2 Phân tập tần số 24 3.2.3 Phân tập không không gian 25 3.2.3.1 Phân tập phát 25 3.2.3.2 Phân tập thu 26 3.3 Các kĩ thuật phân tập thu – phân tập không gian 26 3.3.1 Phân tập thu kết hợp lựa chọn (SC) 26 3.3.2 Phân tập thu kết hợp ngưỡng (TC) 26 3.3.3 Phân tập thu kết hợp theo tỉ số đa đối ( MRC) 27 3.3.4 Phân tập thu kết hợp độ lợi (EGC) 29 3.4 Mã không gian thời gian STC 29 3.4.1 Mô hình Alamouti 30 3.4.2 Mã hóa 30 3.4.3 Giải mã 31 3.5 Alamouti mở rộng với M anten 33 3.6 Kết luận chương 35 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG PHÂN TẬP ANTEN 36 4.1 Giới thiệu chương 36 4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình 37 4.3 Sơ đồ chương trình phát không phân tập 38 4.4 Sơ đồ phát Alamouti 38 4.5 Sơ đồ thu EGC 39 4.6 Sơ đồ thu Alamouti 40 4.7 Sơ đồ thu MRC 41 4.8 Sơ đồ thu SC 42 4.9 Sơ đồ thu TC 43 4.9.1 Mô phân tập anten 44 4.9.2 Mô kĩ thuật phân tập thu 44 4.9.3 Mô kĩ thuật phân tập MRC 45 4.9.4 Mô kĩ thuật phân tập Alamouti 46 4.9.5 Mô so sánh Alamouti MRC 47 4.9.6 Kết luận chương 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Mô hình mạng hỗn tạp 4G Hình 1.2 : Lộ trình phát triển thông tin di động lên lên 4G[2] Hình 1.3 : Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP[2] Hình 1.4 : Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP[2] Hình 1.4 : Lộ trình HSPA HSPA+ Hình 2.1 : Phản xạ đa đường[1] 15 Hình 2.2 Kênh truyền chọn lọc tần số (f0 < W)[7] 17 Hình 2.3 : Kênh truyền không chọn lọc tần số ( f0 > W)[7] 17 Hình 2.4 : Hàm mật độ phân bố xác xuất phân bố Rayleigh[7] 20 Hình 2.5 : Hệ thống phát thu OFDM[1] 21 Hình 2.6 : Biến đổi IFFT chèn CP[1] 22 Hình 3.1 : Phân tập không gian 25 Hình 3.2 : Phân tập thu kết hợp lựa chọn (SC) [1] 26 Hình 3.3 : Phân tập kết hợp ngưỡng (TC) [1] 27 Hình 3.4 : Phân tập MRC [1] 28 Hình 3.5 : Phân tập thu EGC [1] 29 Hình 3.6 : Sơ đồ phát mô hình Alamouti [5] 30 Hình 3.7 : Sơ đồ khối giải mã Alamouti sử dụng anten thu [1] 33 Hình 4.1 :Lưu đồ thuật toán chương trình 37 Hình 4.2 : Sơ đồ chương trinh phát không phân tập 38 Hình 4.3 : Sơ đồ phát Alamouti 38 Hình 4.4 : Sơ đồ thu EGC 39 Hình 4.5 : Sơ đồ thu Alamouti 40 Hình 4.6 : Sơ đồ thu MRC 41 Hình 4.7 : Sơ đồ thu SC 42 Hình 4.8 : Sơ đồ thu TC 43 Hình 4.9 : Kết mô matlab phân tập thu 44 Hình 4.10 : Phân tập MRC 45 Hình 4.11 : Kết kĩ thuật phân tập Alamouti 46 Hình 4.11 : Kết so sánh Alamouti MRC 47 CÁC TỪ VIẾT TẮT FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dich tần số CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian GSM EDGE Global System Mobile for Hệ thống thông tin di động toàn communications cầu Enhanced Data rates for GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để and Enhanced Data rates for Global phát triền GPRS Channel GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung HSPA High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy cập gói tốc độ cao đường lên HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy cập gói tốc độ cao đường xuống LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn 3GPP Three Generation Partnership Project Nhóm cộng tác 3GPP DVB Digital Video Broadcasting Hệ thống phát hình số AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm nhiễu trắng OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplex trực giao BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bit CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp ISI Inter System Interfercence Nhiễu xuyên kí tự ICI Inter Chanel Interfercene Nhiễu xuyên kênh FFT Fast Fourier Tranform Biến đổi Fourier nhanh IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược STBC Space Time Block Code Mã khối không gian thời gian MIMO Multiple Input Multiple Output Đa anten phát – đa anten thu SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu MỞ ĐẦU Thông tin di động lĩnh vực quan trọng Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thông tin di động ngày phát triển đặc biệt năm gần đây, thông tin di động thật bùng nổ không ngừng cải thiện Trải qua bao hệ thông tin di động, hệ thứ - thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Thế hệ thứ hai, thông tin di động chuyển từ Analog sang Digital sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) theo mã (CDMA) Cho đến nay, 3G sử dụng rộng rải với tốc độ cao gấp nhiều lần so với hai hệ trước Tuy vậy, chưa dừng lại đó, nhu cầu trao đổi thông tin ngày nhiều đa dạng 3GPP nghiên cứu cải tiến 3G thành HSPA cho tốc độ cao nhiều Đồng thời, nghiên cứu thử nghiệm công nghệ 4G nước tiên tiến Trong tương lai, công nghệ 4G thương mại hóa Việc cải tiến 3G thành HSPA HSPA+ nghiên cứu 4G đòi hỏi áp dụng kĩ thuật phân tập Phân tập kĩ thuật giúp cải thiện chất lượng tín hiệu Nhiều nghiên cứu, tổ chức quan tâm vấn đề Đặc biệt phân tập không gian quan tâm nhiều tính hiệu khả thi vượt trội kĩ thuật phân tập khác Nhằm tìm hiểu sâu kĩ thuật phân tập không gian hệ thống thông tin di động em chọn đề tài “Kĩ thuật phân tập anten hệ thống thông tin di động 3G+” Để thực nội dung đồ án kết cấu gồm chương : Chương : Tổng quan hệ thống thông tin di động Chương giới thiệu hệ di động trải qua tìm hiểu thêm vài nét HSPA, 4G (các hệ di động gần đây) Biết ưu điểm cải tiến chất lượng qua hệ di động KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đồ án nghiên cứu kĩ thuật phân tập, tập trung vào phân tập anten Ngoài ra, đồ án giới thiệu trình phát triển hệ thống thông tin di động Đặc biệt tìm hiểu rõ công nghệ HSPA LTE để hiểu rõ công nghệ di động OFDM tìm hiểu đôi nét nguyên lý ưu nhược điểm OFDM MIMO hai nhân tố thiếu LTE hệ di dộng thư tư (4G) Kĩ thuật phân tập anten giúp nâng cao chất lượng kênh truyền, làm giảm fading đa đường hệ thống vô tuyến Phương pháp phân tập thu dùng nhiều anten máy thu kết hợp cho tín hiệu thu tốt Tuy nhiên, trở ngại lớn phân tập kích thước, công suất giá thành thiết bị di động tăng Việc sử dụng nhiều anten thu với tần số cao tần vô tuyến làm tăng kich cỡ chi phí sản suất thiết bị di động Trong tương lai việc tích hợp anten vào máy thu dễ dàng không trở ngại kích thước, công suất giá thành, kĩ thuật phân tập thu áp dụng cách rộng rãi Hiện nay, kĩ thuật phân tập anten thu áp dụng trạm sở để nâng cao chất lượng tín hiệu Các trạm sở thường phục vụ hàng trăm hàng ngàn thuê bao Do đó, phân tập trạm sở khả thi, mang lại hiểu kinh tế cao Kĩ thuật ghép kênh OFDM mạng lại nhiều ưu điểm lớn áp dụng vào LTE với MIMO OFDM loại bỏ nhiểu liên sóng mang (ICI) nhiễu xuyên ký tự(ISI) Do thời gian có hạn nên đồ án tập trung nghiên cứu kĩ thuật phân tập anten thu mã khối Alamouti Hướng phát triển đề tài tìm hiểu tiếp mã lưới không gian thời gian STTC, mã hóa lớp BLAST Kĩ thuật phân tập Alamouti phân tập thu MRC có chất lượng tốt nghiên cứu lý thuyết nên hai kĩ thuật nhiều tổ chức, cá nhân nghiên cứu Đồ án việc nghiên cứu hai kĩ thuật tìm hiểu mô thêm kĩ thuật phân tập thu khác ( TC, SC, EGC ) Để so sánh xác hình vẽ mô TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Lê Hùng, “Mobile Communications” Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G”, Nhà xuất thông tin truyền thông năm 2010 [3] Phạm Công Hùng, Nguyễn Hoàng Hải, Tạ Vũ Hằng, Vũ Thị Minh Tú, Đỗ Trọng Tuấn, Vũ Đức Thọ, Nguyễn Văn Đức, “Giáo trình thông tin di động”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội năm 2007 [4] Andrea Gordsmith, “Wireless Communications”, Standford University 2004 [5] Branka Vucetic – Jihong Yuan, “ Space Time Coding ”, Willey and Sons 2003 [6] Young Soo Cho, Jackwon Kim,Won Young Yang, Chung G.Cang “MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB”,John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd 2010 [7] Nguyễn Thị Kim Thu, Phạm Mạnh Toàn, “Mô hình kênh vô tuyến” [8] www.mathworks.com PHỤ LỤC Code chương trình mô phân tập Alamouti clear all clc close all % du lieu vao N=10^4; SNR_dB = 0:1:10; NumSubc = 256; CP = 1/16; NumFFT = 256; % khoi tao cac phan tu n= fix(N/NumFFT)+1; inputdata = randi([0 1],1,N); %chen bit vao sau chuoi bit a1= zeros(1,NumFFT-rem(N,NumFFT));%tim so bit chen inputdata=[inputdata a1]; if rem(n,2)~= a2=zeros(1,NumFFT); inputdata= [inputdata a2]; end % Khoi tao gian chom dieu che PSK h = modem.pskmod(2); % Khoi tao gian chom giai dieu che PSK g = modem.pskdemod(h); %Chuong trinh chinh for i = 1:length(SNR_dB); % Kenh truyen block fading r = ; thu2_anten = 0; thu4_anten = 0; for a = 1:n h1 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); h2 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); h3 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); h4 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); h5 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); h6 = (randn(2,1)+1j*randn(2,1))/sqrt(2); % chia chuoi bit nhieu goi ofdm inputdata1 = inputdata(:,(a-1)*256+1:a*256); % Dieu che PSK ofdm1 = modulate(h, inputdata1) ; %tao tin hieu s1,s2 cho he thong mimo if a[...]... Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các kĩ thuật phân tập CHƯƠNG 3 : CÁC KĨ THUẬT PHÂN TẬP 3.1 Giới thiệu chương Để nâng cao dung lượng và truyền dữ liệu tốc độ cao, phân tập là một trong kĩ thuật được quan tâm và ứng dụng trong công nghệ thông tin di động hiên nay Chương này sẽ tìm hiểu các kĩ thuật phân tập, đặc biêt là phân tập không gian 3.2 Các kĩ thuật phân tập 3.2.1 Phân tập thời gian Khi các bản sao... như thế nào Chương 3 :Các kĩ thuật phân tập Chương này trình bày khái quát về các kĩ thuật phân tập trong thông tin di động Đi chi tiết vào kĩ thuật phân tập anten hay còn gọi phân tập không gian Các kĩ thuật phân tập kết hợp thu anten và mã khối Alamouti được trình bày cụ thể bằng công thức toán học Chương 4 :Mô phỏng phân tập anten Để có cái nhìn rõ hơn về kĩ thuật phân tập anten mà ta đã trình bày... đáng kể 1.1.3 Bước đệm 2,5G 2,5G chính là bước đệm giữa 2G và 3G trong công nghệ thông tin di động không dây Khái niệm 2,5G được sử dụng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang thiết bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống ` Trang 2 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 :Tổng quan về hệ thống thông tin di động Trong khi các khái niệm 2G, 3G được chính thức định nghĩa thì khái... hệ thống thông tin di động CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chương Công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn ngục ở những năm gần đây Khi mà mạng thông tin di động thế hệ thứ ba chưa đủ thời gian để khẳng định vị thế của mình thì người ta bắt đầu nói đến công nghệ 4G Có thể hiểu 4G một cách đơn giản là mạng thông tin di động không dây thế hệ thứ 4 có những... 1.1.1 Thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Dựa trên công nghệ FDMA (Frenquency Division Multiple Access) vào thập niên 80 thế kỷ XX Tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế FM cho đàm thoại, điều chế FSK (Frenquency Shift Keying) cho tín hiệu 1.1.2 Thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Được phổ biến trong suốt thập niên 90 Đây là thời điểm chuyển giao giữa Analog và Digital Các hệ thống sử dụng kĩ thuật. .. hàng đầu của mạng thông tin di động 4G Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn, nhiều nhà nghiên cứu nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kì vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên như một mạng không dây băng thông rộng với tốc độ siêu cao ` Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 :Tổng quan về hệ thống thông tin di động Hình 1.2 : Lộ... fading nhanh khi khoảng thời gian liên kết của kênh truyền nhỏ 3.2.2 Phân tập tần số Phân tập tần số sử dụng các tần số sóng mang khác nhau để phát đi cùng một thông tin Để đạt được sự phân tập, khoảng cách của các tần số sóng mang phải lớn ` Trang 24 Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các kĩ thuật phân tập hơn dải thông phù hợp của kênh truyền, lúc này các bảo sao tín hiệu sẽ độc lập fading với nhau Phân tập. .. phỏng kĩ thuật phân tập anten bằng Matlab Từ đó rút ra nhận xét và đánh giá Phương pháp nghiên cứu của đồ án là xây dựng lưu đồ thuật toán, tính toán mô phỏng để minh họa bằng hình vẽ về các kĩ thuật phân tập so với công thức toán học Đồ án đã mô phỏng được các kĩ thuật phân tập anten bằng Matlab đưa ra được hình vẽ phù hợp với lý thuyết nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp Chương 1 :Tổng quan về hệ thống thông. .. trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh 1.4 Kết luân chương Chương này trình bày tổng quát về quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động Tìm hiểu đôi nét cơ bản về HSPA và LTE (các thế hệ thông tin di động hiện tại và tương lai), một số ưu điểm của HSPA và LTE Chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu về đặc tính truyền vô tuyến và kĩ thuật. .. phát triển thông tin di động lên lên 4G[2] Hình 1.3 : Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP[2] Hình 1.4 : Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP[2] ` Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 :Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1.2 Tổng quan về HSPA 1.2.1 Giới thiệu Bước tiến đầu tiên của công nghệ truy cập vô tuyến WCDMA là đưa ra HSDPA trong phát hành R5 và HSUPA trong phát