Nghiên cứu hệ MIMO - OFDM thích nghi

I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C CÔNG NGH oàn Thanh Xuân NGHIÊN C U H MIMO-OFDM THÍCH NGHI Ngành: Công ngh i n t - Vi n thông Chuyên ngành: K thu t n t thông tin liên l c Mã s : 2.07.00 LU NăV NăTH CăS NG IăH NG D N KHOA H C PGS TS NGUY N VI T KÍNH Hà N i - 2008 B NG CH VI T T T AC Alternating Current AM Amplitude Modulation i u ch biênăđ ASK Amplitude Shift Keying Khoá d chăbiênăđ AWGN Additive White Gaussian Noise Dòng xoay chi u Nhi u Gauss tr ng c ng tính b/s/Hz Bits per second per hertz Bit giây Hertz BER Bit Error Rate T l l i bit bps Bits per second Bit giây BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá d ch pha nh phân BS Base Station Tr măc ăs CDMA Code Division Multiple Access CSI Channel State Information DC Direct Current DFE Decision Feedback Equaliser EGC Equal Gain Combining T h păđ l i b ng Frequency Division Ghép kênh phân chia theo t n FDM Multiplexing aătruyănh p phân chia theo mã Thông tin tr ng thái kênh truy n Dòng m t chi u B cân b ng h i ti p quy t đ nh s FEC Forward Error Correction S a l iătr FFT Fast Fourier Transform Bi năđ i Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response c ápă ng xung chi u dài h u h n i u ch t n s FM Frequency Modulation Fs Sample Frequency T ns l ym u FSK Frequency Shift Keying Khoá d ch t n s GSM Global System for Mobile H th ng toàn c u cho truy n thông communications diăđ ng HDTV High Definition Television Truy n hình ch tăl HFC Hibrid Fiber Coax ICI Inter-Carrier Interference Nhi u liên sóng mang Inverse Discrete Fourier Bi năđ i Fourier r i r c IDFT/DFT IF IFFT/FFT Transform/ ng cao Cáp lai gi aăcápăđ ng cáp quang ng c/ Discrete Fourier Transform Bi năđ i Fourier r i r c Intermediate Frequency Trung t n Inverse Fast Fourier Bi năđ i Fourier nhanh Transform/ ng c/ Fast Fourier Transform Bi năđ i Fourier nhanh ISI Inter-Symbol Interference Nhi u liên ký t Km/s Kilometre per second Kilo mét giây m Metre Mét ms Milisecond Mili giây Mbps Mega bits per second Mega bit giây MIMO Multi Input Multi Output MISO Multi Input Single Output Nhi u anten phát nhi u anten thu Nhi u anten phát m t anten thu MLSE MMSE Maximum Likelihood Sequence căl ng chu i gi ng Estimation l n nh t Minimum Mean Square Error L iăbìnhăph ngătrung bình nh nh t MRC MRRC NLOS OFDM PSK QAM QoS QPSK Maximal Ratio Combining Maximal Ratio Receiver Combining T h p t s l n nh t T h p máy thu t s l n nh t Non Line-of-Sight Không theo t m nhìn th ng Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo t n Division s Multiplexing tr c giao Phase Shift Keying Khoá d ch pha Quadrature Amplitude Modulation Quality Of Service Quadrature Phase Shift Keying i u ch biênăđ c uăph Ch tăl ng ng d ch v Khoá d ch pha c uăph ng RC Raised Cosine Cos nâng RF Radio Frequency T n s radio s Second Giây SC Switching Combining T h p chuy n m ch SDV Singular Value Decomposition Phân tích giá tr k d SIR Signal to Interference Ratio T s tín hi u can nhi u Nhi u anten phát m t anten SIMO Single Input Multi Output SISO Single Input Single Output M t anten phát m t anten thu SNR Signal to Noise Ratio T l tín hi u nhi u STBC Space Time Block Code STTC Space Time Trelis Code TCM Trellis Code Modulation TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access thu Mã hoá kh i không gian th i gian Mƣăhoáăl i không gian th i gian i u ch mƣăhoáăl i Ghép kênh phân chia theo th i gian aătruyăc p phân chia theo th i gian W Wideband D i r ng WLAN Wireless Local Area Network M ng c c b không dây DANH M C HÌNH V ST T Tran S Tên hình v (a) Ph n ngăl 1.1.1 g ng c a h th ngăđaăsóngă mang (b) Ph n ngăl ng c a h th ng OFDM 1.2.3 1.2.3 B u ch OFDM Ví d chòmă m(constellation)ă u ch IQ,16 ậ QAM, v i mã Gray d li u t i m i v trí 10 B gi iăđi u ch OFDM 10 Kho ng b o v c a tín hi u OFDM 12 Ch ngăc a kho ng b o v ch ng l i ISI 13 Ch ngăc a kho ng b o v ch ng l i ISI 13 S phân t p c a anten 18 1.2.3 1.3.1 1.3.2 1.3.2 2.1.1 Phân t p máy phát s d ng mã kh i không 2.1.2 10 2.1.3 gian_ th i gian B nh n s d ng mã kh i không gian_th i 20 20 gian 11 2.1.4 Ph ngăphápăt h p l a ch n 23 12 2.1.5 Ph ngăphápăt h p chuy n nhánh 24 13 2.1.6 Ph ngăphápătheoăt l l n nh t MRC 25 14 2.2.1 S ăđ nguyên lý h th ng MIMO 26 Truy n d li u qua h th ng MIMO 27 Phân lo i k thu t không gian ậ th i gian 28 2.2.2 Chuy năđ i kênh MIMO thành kênh 2.2.1 15 2.2.1 16 17 truy n song song 32 2.2.2 18 Mô hình kênh truy n MIMO nT > nR 33 Mô hình kênh truy n MIMO nR > nT 34 C u trúc SVD cho kênh truy n MIMO 35 2.2.2 19 2.2.2 20 H thông MIMO Q anten phát L anten 21 3.1.1 22 3.1.2 42 thu C u trúc khung cho h th ng OFDM QxL 42 Phát xung pilot 45 3.1.2 23 Môăhìnhă 24 3.4.1 h căl ng thông s kênhăc ăb n cho MIMO_OFDM v i anten phát 55 C u trúc kh i h th ng OFDM 58 4.2.1 25 4.3.2 26 4.3.3 27 4.3.3 28 Phân ph iăbităvƠăn ngăl ng cho kênh thay đ i t c th i 68 ng cong BER v iăSISOăđi u ch thích nghi 69 ng cong BER v iăMIMOăcóăđi u ch thích nghi 70 CH NGă1 :ăT NGăQUANăV ăK ăTHU Tă I UăCH ăOFDM [1] Gi i thi u: FDM k thu tă đ c s d ng r ng rãi vi c truy n tín hi u kênh l a ch n t n s V c ăb n,ăFDMăchiaăđ r ng toàn b kênh thành nh ng kênh truy n tín hi u t căđ th păh n vài l n b ng cách u ch m i tín hi u vào m t t n s sóng mang riêng bi t.ă tách tín hi u máy thu, t n s sóng mang ph iăđ c s p x păđ xaăđ ph tín hi u không b ch ng l n.ăH năn aăđ phơnătáchăđ b l c hi n có c n có m t kho ng ph r ng có th phân c tín hi u v i nh ng gi a tín hi u,ăđi u gây lãng phí d i thông gi i quy t v năđ hi u qu b ngăthông,ăOFDMăđƣăraăđ iătrongăđóă sóng mang tr căgiaoăđ đ cs px p c s d ngăđ u ch tín hi u Các sóng mang nh ng kho ng t n s t kh n ngă phơnă táchă ngă ng v i t că đ ký hi u có máy thu Nh ngă sóngă mangă nƠyă đƣă mangă l i hi u su t s d ng ph t iă u.ăM cădùăOFDMăđ mƣiăđ năn mă1990ănóăm iăđ c công b vƠoăn mă1960ănh ngă c s d ng r ng rãi yêu c u thi t k m ch n t r t ph c t p,ănh ălƠăcácăthƠnhăph n t n s không th c s n tính c a b khu chăđ i 1.1 * Ph T u ch đa sóng mang đ n u ch tr c giao OFDM ng pháp u ch đa sóng mang FDM Trongă ph đ ngă phápă u ch đaă sóngă mangă ,ă toƠnă b b ngă t n c chia làm nhi uăb ngăconăv i sóng mang ph cho m iăb ngăconă khácănhauă,ăph ngăphápăđi u ch đaăsóngămangăc ngălƠăph ngăphápă ghép kênh phân chia theo t n s FDM,ă trongă đóă toƠnă b b r ng ph đ c chia thành NC kênh song song có b r ng : Fs = B/NC F s C C h C h ChNc h ( a f B B ngăt n ti t ki m ( b f Hình 1.1.1: (a) Ph n ng l (b) Ph n ng l ng c a h th ng đa sóng mang FDM ng c a h th ng OFDM dài m t m u tín hi uătrongăđi u ch đaăsóngămangăs l năh nă Nc l n so v iăđ dài m u tín hi uătrongăđi u ch đ năsóngămangă: Ts(MC)= 1/Fs =Ts(MC).NC Do v y nhi u liên tín hi u ISI gây b i tr truy n d n gây nh h ngă ítă h n.ă Tuyă nhiênă u ch đaă sóngă mangă khôngă lƠmă t ngă hi u qu s d ngă b ngă t n so v iă u ch đ nă t nă mƠă ng c l i làm gi m hi u su t ph kênh ph c n có m t kho ng phân cách TÀI LI U THAM KH O [1] Nguy nă V nă c (2006) , lý thuy t ng d ng c a k thu t OFDM, nhà xu t b n khoa h c k thu t [2] David Gesbert , Mansoor shafi , Da ậ shan shiu , Peter J Smith ,ă Aymană Naguibă (2003)ă ,ă “fromă theoryă toă practiceă :ă Ană Overview of MIMO Space ậ timeă lodedăwirelessăsystemsă”ă IEEE journal on selected area in communications , vol 21 , No , APRIL 2003 [3] Gordon L Stuber , John R Barry , steve W Mclaughlin , Ye (Goffrey)ă Liă ,ă Maryă Annă Ingramă ,ă Thomasă Gă ă Prattă ,ă “Broadband MIMO_OFDMă Wirelessă Communication”ă ,ă Pnceedings of the IEEE , Vol 92 , No , February 2004 [4] Prateek Bansal , Andrew Brzezinskin (2001) Adaptive Loading in MIMO/ OFDM systems ... đ i t c th i 68 ng cong BER v iăSISOăđi u ch thích nghi 69 ng cong BER v i MIMO cóăđi u ch thích nghi 70 CH NGă1 :ăT NGăQUANăV ăK ăTHU Tă I UăCH OFDM [1] Gi i thi u: FDM k thu tă đ c s d ng... song song 32 2.2.2 18 Mô hình kênh truy n MIMO nT > nR 33 Mô hình kênh truy n MIMO nR > nT 34 C u trúc SVD cho kênh truy n MIMO 35 2.2.2 19 2.2.2 20 H thông MIMO Q anten phát L anten 21 3.1.1 22... u trúc khung cho h th ng OFDM QxL 42 Phát xung pilot 45 3.1.2 23 Môăhìnhă 24 3.4.1 h căl ng thông s kênhăc ăb n cho MIMO_ OFDM v i anten phát 55 C u trúc kh i h th ng OFDM 58 4.2.1 25 4.3.2 26