hệ thống mimo ofdm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TPHCM Khoa Cơng Nghệ Điện tử  TIỂU LUẬN HỆ THỐNG MIMO-OFDM Mục lục Chương 1: Hệ thống MIMO 1.1 1.2 1.3 1.4 Các mô hình hệ thống thơng tin khơng dây Khái niệm hệ thống MIMO Kỹ thuật phân tập Các độ lợi hệ thống MIMO 2 Chương 2: Kỹ thuật OFDM 2.1 Tổng quan kỹ thuật OFDM 2.2 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật OFDM 2.3 Mơ hình hệ thống OFDM 8 9 Chương 3: Hệ thống MIMO-OFDM 3.1 Giới thiệu 3.2 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM 14 15 15 MIMO-OFDM Trang Chương 1: Hệ thống MIMO 1.1 Cấu trúc mô hình hệ thống thơng tin khơng dây: Cấu trúc mơ hình hệ thống thơng tin khơng dây phân loại thành bốn hệ thống là: SISO, SIMO, MISO MIMO hình 1.1 Hình phân loại hệ thống thông tin không dây 1.1.1 Hệ thống SISO: Hệ thống SISO hệ thống thông tin không dây truyền thống sử dụng anten phát anten thu Máy phát máy thu có cao tần điều chế, giải điều chế Hệ thống SISO thường dùng phát phát hình, kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cá nhân Wi-Fi hay Bluetooth Dung lượng hệ thống phụ thuộc vào tỉ số tín hiệu nhiễu xác đònh theo công thức Shanon: C = log2(1+SNR) bit/s/Hz 1.1.2 Hệ thống SIMO: Nhằm cải thiện chất lượng hệ thống, phía sử dụng anten, phía lại sử dụng đa anten Hệ thống sử dụng anten phát nhiều anten thu gọi hệ thống SIMO Trong hệ thống máy thu lựa chọn kết hợp tín MIMO-OFDM Trang hiệu từ anten thu nhằm tối đa tỷ số tín hiệu nhiễu thông qua giải thuật beamforming MMRC ( Maximal- Ratio Receive Combining) Khi máy thu biết thông tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit số anten thu, xấp xỉ theo biểu thức: C = log2(1+N.SNR) 1.1.3 Hệ thống MISO: Hệ thống sử dụng nhiều anten phát anten thu gọi hệ thống MISO Hệ thống cung cấp phân tập phát thông qua kỹ thuật Alamouti từ cải thiện lượng tín hiệu sử dụng Beamforming để tăng hiệu suất phát vùng bao phủ Khi máy phát biết thông ti kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit số anten phát xác đònh gần theo công thức : C = log2(1+N.SNR) 1.1.4 Hệ thống MIMO: Hệ thống MIMO hệ thống sử dụng đa anten nơi phát nơi thu Hệ thống cung cấp phân tập phát nhờ đa anten phát, cung cấp phân tập thu nhờ vào đa anten thu nhằm tăng chất lượng hệ thống thực Beamforming nơi phát nơi thu để tăng hiệu suất sử dụng công suất, triệt can nhiễu Ngoài dung lượng hệ thống cải thiện đáng kể nhờ vào độ lợi ghép kênh cung cấp kỹ thuật mã hoá không gian_thời gian V-BLAST Khi thông tin kênh truyền biết nơi phát thu, hệ thống cung cấp độ lợi phân tập cực cao độ lợi ghép kênh cực đại, dung lượng hệ thống trường hợp phân tập cức đại xác đònh theo: C = log2(1+NT.NR.SNR) Dung lượng hệ thống trường hợp đạt độ lợi ghép kênh cực đại xác đònh theo biểu thức: C = min(NT,NR) log2(1+SNR) Với ưu điểm hiệu suất, triệt can nhiễu, dung lượng chất lượng hệ thống MIMO nghiên cứu để ứng dụng vào hệ thống thông tin tương lai Tuy nhiên hệ thống MIMO khả chống lại fading chọn lọc tần số, kỹ thuật kết hợp MIMO OFDM nghiên cứu chuẩn không dây chuẩn IEEE 802.11n (WLAN), IEEE 802.16e (WIMAX) 1.2 Khái niệm hệ thống MIMO: Hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output) đònh nghóa tuyến thông tin điểm-điểm với đa anten phía phát phía thu Những nghiên cứu gần cho thấy hệ thống MIMO tăng đáng kể tốc độ truyền liệu, giảm BER, tăng vùng bao phủ hệ thống vô tuyến mà không cần tăng công suất hay băng thông hệ thống Chi phí phải trả để tăng tốc độ truyền liệu việc tăng MIMO-OFDM Trang chi phí triển khai hệ thống anten, không gian cần thiết cho hệ thống tăng lên, độ phức tạp hệ thống xử lý số tín hiệu nhiều chiều tăng lên 1.3 Kỹ thuật phân tập: Trong truyền thông không dây di dộng, kỹ thuật phân tập sử dụng rộng rãi để làm giảm ảnh hưởng fading đa đường cải tiến độ tin cậy kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát tăng băng tần cần thiết Kỹ thuật phân tập yêu cầu nhiều tín hiệu phát nơi thu, tất mang thông tin có tương quan nhỏ môi trường fading Ý tưởng phân tập nơi thu nhận hai hay nhiều tín hiệu cách độc lập mẫu bò suy giảm độc lập với Điều có nghóa đường tín hiệu cụ thể bò suy giảm đường tín hiệu khác không bò suy giảm Vì vậy, kết hợp hợp lý phiên khác làm giảm ảnh hưởng fading cải thiện độ tin cậy đường truyền Có nhiều cách để đạt phân tập Phân tập thời gian thu qua mã hoá (Coding) xen kênh (Interleaving), phân tập tần số đặc tính kênh truyền chọn lọc tần số, phân tập không gian sử dụng nhiều anten phát thu đặt cách với khoảng cách đủ lớn 1.3.1 Phân tập không gian : Phân tập không gian gọi phân tập anten Phân tập không gian sử dụng phổ biến truyền thông không dây dùng sóng viba Phân tập không gian sử dụng nhiều anten chuỗi array xếp không gian phía phát phía thu Các anten phân chia khoảng cách đủ lớn cho tín hiệu không tương quan với Yêu cầu khoảng cách anten tùy thuộc vào độ cao anten, môi trường lan truyền tần số làm việc Khoảng cách điển hình khoảng vài bước sóng đủ để tín hiệu không tương quan với Trong phân tập không gian, phiên tín hiệu phát truyền đến nơi thu tạo nên dư thừa miền không gian Không giống phân tập thởi gian tần số, phân tập không gian không làm giảm hiệu suất băng thông Đặc tính quan trọng truyền thông không dây tốc độ cao tương lai Trong phân tập anten thu, nhiều anten sử dụng nơi thu để nhận phiên tín hiệu phát cách độc lập Các phiên tín hiệu phát kết hợp cách hoàn hảo để tăng SNR tín hiệu thu làm giảm bớt fading đa đường Trong hệ thống thực tế, để đạt BER hệ thống theo yêu cầu, ta kết hợp hai hay nhiều hệ thống phân tập thông thường để cung cấp phân tập nhiều chiều (multi-demnsional diversity) 1.3.2 Phân tập tần số: MIMO-OFDM Trang Trong phân tập tần số, sử dụng thành phần tần số khác để phát thông tin Các tần số cần phân chia để đảm bảo bò ảnh hưởng fading cách độc lập Khoảng cách tần số phải lớn vài lần băng thông quán để đảm bảo fading tần số khác không tương quan với Trong truyền thông di động, phiên tín hiệu phát thường cung cấp cho nơi thu dạng dư thừa miền tần số gọi trải phổ, ví dụ trải phổ trực tiếp, điều chế đa song mang nhảy tần Kỹ thuật trải phổ hiệu băng thông quán kênh truyền nhỏ Tuy nhiên, băng thông quán kênh truyền lớn băng thông trải phổ, trải trễ đa đường nhỏ chu kỳ tín hiệu Trong trường hợp này, trải phổ không hiệu để cung cấp phân tập tần số Phân tập tần số gây tổn hao hiệu suất băng thông tùy thuộc vào dư thừa thông tin băng tần số 1.3.3 Phân tập thời gian: Phân tập theo thời gian thu qua mã hóa xen kênh Sau ta so sánh hai trường hợp: truyền ký tự liên tiếp dùng xen kênh độ lợi kênh truyền nhỏ Hình Phân tập theo thời gian Phân tập thời gian đạt cách truyền liệu giống qua khe thời gian khác nhau, nơi thu tín hiệu fading không tương quan với Khoảng cách thời gian yêu cầu thời gian quán kênh c truyền nghòch đảo tốc độ fading f = v f Mã điều khiển lỗi thường d c sử dụng hệ thống truyền thông để cung cấp độ lợi mã (coding gain) so với hệ thống không mã hóa Trong truyền thông di động, mã điều khiển lỗi kết hợp với xen kênh để đạt phân tập thời gian Trong trường hợp này, MIMO-OFDM Trang phiên tín hiệu phát đến nơi thu dạng dư thừa miền thời gian Khoảng thời gian lặp lại phiên tín hiệu phát quy đònh thời gian xen kênh để thu fading độc lập ngõ vào giải mã Vì tốn thời gian cho xen kênh dẫn đến trì hoãn việc giải mã, kỹ thuật thường hiệu môi trường fading nhanh, thời gian quán kênh truyền nhỏ Đối với kênh truyền fading chậm xen kênh nhiều dẫn đến trì hoãn đáng kể 1.4 Các độ lợi hệ thống MIMO : Hệ thống MIMO sử dụng đa anten phát thu cung cấp độ lợi là: độ lợi Beamforming, độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập không gian 1.4.1 Độ lợi Beamforming: Beamforming giúp hệ thống tập trung lượng xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu công suất, giảm can nhiễu tránh can nhiễu tới từ hướng không mong muốn, từ giúp cải thiện chất lượng kênh truyền tăng độ bao phủ hệ thống Để thực Beamforming, khoảng cách anten hệ thống MIMO thường nhỏ bước sóng λ (thông thường λ / ), Beamforming thường thực môi trường tán xa Khi môi trường tán xạ mạnh hệ thống MIMO cung cấp độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập 1.4.2 Độ lợi ghép kênh không gian: Tận dụng kênh truyền song song có từ đa anten phía phát phía thu hệ thống MIMO, tín hiệu phát độc lập đồng thời anten (hình 3.5) , nhằm tăng dung lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống Dung lượng hệ thống tăng tuyến tính theo số kênh truyền song song hệ thống Để cực đại độ lợi ghép kênh qua cực đại dung lượng kênh truyền thuật toán V-Blast (Vertical- Bell Laboratories Layered Space-Time) áp dụng 1.4.3 Độ lợi phân tập không gian: Trong truyền dẫn vô tuyến, mức tín hiệu thay đổi, bò fadding liên tục theo không gian thời gian tần số, khiến cho tín hiệu nơi thu không ổn đònh, việc phân tập cung cấp cho thu tín hiệu giống qua kênh truyền fadding khác (hinh 3.6), thu lựa chọn hay kết hợp hay kết hợp tín hiệu để giảm thiểu tốc độ sai bit BER, chống Fadding qua tăng độ tin cậy hệ thống Để cực đại độ lợi phân tập, giảm BER chống lại fadding, thuật toán STBC ( Space-Time Block Code) STTC (Space-Time Trellis Code) áp dụng MIMO-OFDM Trang Thực tế, để hệ thống có dung lượng cao, BER thấp, chống fadding, ta phải có tương nhượng độ lợi phân tập độ lợi ghép kênh việc thiết kế hệ thống Chương 2: Kỹ thuật OFDM 2.1 Tổng quan kỹ thuật OFDM: Truyền dẫn đa sóng mang MC ( Multicarrier Communication) dạng FDM dùng cho luồng liệu phát luồng liệu thu tương ứng MC không dùng để ghép kênh tín hiệu khác FDM, mà dùng để chia nhỏ luồng liệu thành luồng liệu song song Dạng MC đơn giản chia luồng liệu vào thành N luồng tín hiệu nhỏ để truyền qua N kênh truyền trực giao Sau đó, N luông điều chế N tần số sóng mang khác ghép kênh đưa lên kênh truyền Ở phía thu làm ngược lại phân kênh, giải điều chế, ghép luồng liệu song song thành luồng MIMO-OFDM Trang ban đầu N chon đủ lớn cho độ rộng symbol lớn nhiều trải trễ kênh truyền băng thông luồng nhỏ coherence bandwidth kênh truyền, nhằm đảm bảo luồng không bò ISI nghiêm trọng MC sở OFDM, điểm khác biệt OFDM sử dụng tập sóng mang trực giao Tính trực giao có nghóa tín hiệu điều chế hoàn toàn độc lập với Tính trực giao đạt sóng mang đặt xác vò trí null phổ tín hiệu điều chế, điều cho phép phổ tín hiệu chồng lấn lên tức hoàn toàn không cần dải bảo vệ, nên tiết kiệm băng thông đáng kể so với FDM truyền thống Hình Băng thông sử dụng hiệu OFDM 2.2 Ưu điểm nhược điểm OFDM: 2.2.1 Ưu điểm: Kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm mà kỹ thuật ghép kênh khác OFDM cho phép thông tin tốc độ cao cách chia kênh truyền fading chon lọc tần số thành kênh truyền chòu fading phẳng Nhờ việc sử dụng tần số sóng mang trực giao nên tượng nhiễu liên sóng mang ICI loại bỏ, sóng mang phụ trực giao nên sóng mang chồng lấn lên mà phía thu tách dẫn đến hiệu sử dụng băng thông hệ thống hiệu Khi sử dụng khoảng bảo vệ có tính chất cylic prefix lớn trải trễ lớn kênh truyền đa đường tượng nhiễu liên ký tự ISI loại bỏ hoàn toàn Nhờ vào khoảng bảo vệ có tính chất cylic prefix nên hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM cần cân miền tần số đơn giản IFFT FFT giúp giảm thiểu số dao động giảm số điều chế giải điều chế giúp hệ thống giảm độ phức tạp chi phí thực hiện, tín hiệu điều chế giải điều chế đơn giản, hiệu nhờ vào IFFT FFT MIMO-OFDM Trang 2.2.2 Khuyết điểm: OFDM kỹ thuật truyền đa sóng mang nên nhược điểm kỹ thuật tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PAPR ( Peak- to-Average Power Ratio) lớn Tín hiệu OFDM tổng hợp tín hiệu từ sóng mang phụ, nên sóng mang phụ đồng pha, tín hiệu OFDM xuất đỉnh lớn Điều khiến cho việc sử dụng không hiệu khuyếch đại công suất lớn HPA ( High-Power Amplifier) Một nhược điểm khác OFDM nhạy với lệch tần số, hiệu ứng dòch tần Doppler xảy tần số sóng mang trung tâm bò lệch, dẫn đến FFT không lấy mẫu đỉnh sóng mang, dẫn tới sai lỗi giải điều chế symbol 2.3 Mô hình hệ thống OFDM: Hình Sơ đồ khối hệ thống OFDM  Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song Serial/Parallel Parallel/Serial: Theo Shanon tốc độ liệu cao cho kênh truyền có nhiễu trắng AWGN (không có fading): Cmax = B.log2 (1 + S/N) [ bps] (2.5) Với B băng thông kênh truyền [Hz] S/N tỉ số tín hiệu nhiễu kênh truyền Vì muốn truyền liệu với tốc độ cao C max ta phải chia nhỏ luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp C max cách sử dụng chuyển đổi nối tiếp sang song song Serial/Parallel MIMO-OFDM Trang 10 Tức chia luồng liệu vào thành frame nhỏ có chiều dài k ×b bit k≤N, với b số bit mô hình điều chế số, N số sóng mang k, N chọn cho luồng liệu song song có tốc độ đủ thấp, để băng thông tương ứng đủ hẹp, cho hàm truyền khoảng băng thông xem phẳng Bằng cách sử dụng S/P ta chuyển kênh truyền fading chọn lọc tần số thành kênh truyền fading phẳng Ngược lại phía phát, phía thu dùng Parallel/Serial để ghép N luồng liệu tốc độ thấp thành luồng liệu tốc độ cao  Bộ Mapper Demapper: Từng symbol b bit đưa vào mapper mục đích nâng cao dung lượng kênh truyền Một symbol b bit tương ứng M = b trang thái hay vò trí constellation ( giản đồ chòm sao) • BPSK sử dụng symbol bit, bit bit xác đònh trạng thái pha 00 1800 , tốc độ baud hay tốc độ chuỗi tốc độ bit Baud = Rb • QPSK sử dụng symbol bit (Dibit) , Baud = Rb/ • 8-PSK hay 8-QAM sử dụng symbol bit (Tribit), Baud = Rb/ • 16-PSK hay 16-QAM sử dụng symbol bit (Quabit), Baud = Rb/ Số bit truyền symbol tăng lên ( M tăng lên ), hiệu băng thoâng Beffeciency = Rb/ BT = log2M = b [bps/Hz] tăng lên, nhiên sai số BER tăng lên Nyquist đưa công thức tính dung lương kênh truyền tối đa môi trường không nhiễu: C = 2Blog2M B băng thông kênh truyền Do ta tăng M lên tùy ý được, công thức cho phép ta xác đònh M lớn nhất, số bit lớn truyền symbol Một số phương thức điều chế số thường dùng Mapper • M-PSK ( Phase Shift Keying) • M-DPSK (Differential Phase Shift Keying) • M-QAM (Quarature Amplitude Modulation)  M-PSK(M-Phase Shift Keying): Trong PSK Xn có biên độ không đổi pha phụ thuộc b bit vào d n M-PSK có M trạng thái pha phụ thuộc vào b = log 2M bit vào, pha Xn giá trò M góc pha : θ i = • • • • 2πi M i =1, 2, , M Một số dạng M-PSK thường gặp: BPSK hay PRK có trạng thái pha phụ thuộc bit vào QPSK có trạng thái pha phụ thuộc bit vào 8-PSK có trạng thái pha phụ thuộc bit vào 16-PSK có 16 trạng thái pha phụ thuộc bit vào  DPSK (Differential Phase Shift Keying): MIMO-OFDM Trang 11 Đây dạng M-PSK, trước vào M-PSK tín hiệu xử lý sai biệt, ký tự khỏi chứa đựng thông tin khác hai ký tự liên tiếp Bộ giải điều chế so sánh khác biệt pha kí tự liên tiếp để xác đònh ký tự thu Thông thường nhiễu tác động lên ký tự liên tiếp gần nhau, sai biệt ký tự liên tiếp giống trường hợp có nhiễu nhiễu  M-QAM: Trong sơ đồ M-QAM Xn có biên độ pha phụ thuộc b bit vào d n, QAM sử dụng phổ biến đường truyền vô tuyến số tốc độ cao Sau biểu thức tổng quát tín hiệu M-QAM: Xn = + jbi i = 1, … , M Với ai, bi = ±a,±3a, ±5a,…., ±(log2M-1) , bi phụ thuộc b bit vào dn  Bộ IFFT FFT: Phép biến đổi IDFT ( Inverse Discrete Fourier Transform) cho phép ta tạo tín hiệu OFDM dễ dàng, tức điều chế N luồng tín hiệu song song lên N tần số trực giao cách xác đơn giản Phép biến đổi DFT (Discrete Fourier Transform) cho phép ta giải điều chế lấy lại thông tin từ tín hiệu OFDM Nhờ sử dụng phép biến đổi IDFT DFT mà ta tinh giản tổng hợp tần số phức tạp phía phát phia thu Nếu không sử dụng IDFT DFT tổng hợp tần số phải tạo tập tần số cách xác đồng pha, nhằm tạo tập tần số trực giao hoàn hảo  Bộ Guard Interval Insertion Guard Interval Removal[1] Hai nguồn nhiễu giao thoa (interference) thường thấy hệ thống vô tuyến số, hệ thống OFDM ISI ICI • ISI ( Intersymbol Interference) : nhiễu giao thoa liên ký tự, đònh nghóa xuyên nhiễu symbol khoảng thời gian Tsymbol frame FFT liên tiếp (trong miền thời gian) • ICI ( Inter-carrier interference): nhiễu giao thao liên sóng mang, đònh nghóa xuyên nhiễu kênh sóng mang phụ (subchannels) frame FFT (trong miền số) Nhiễu ICI loại bỏ hoàn toàn nhờ sử dụng tập sóng mang trực giao làm tập tần số kênh phụ Nhiễu ISI gần loại bỏ hoàn toàn ta sử dụng số lượng sóng mang N đủ lớn, băng thông kênh đủ nhỏ so với coherence bandwith, tức độ rộng symbol t s lớn trãi trễ kênh truyền  Băng thông OFDM: Tốc độ symbol hệ thống OFDm sử dụng N sóng mang MIMO-OFDM Trang 12 R= N Ts Băng thông tín hiệu OFDM xác đònh theo biểu thức: BOFDM = Với α G = N −1 + Ts (1 − α G )Ts ∆G : hệ số khoảng bảo vệ Ts Khi số sóng mang lớn N>>1 ta có N −1 N N BOFDM = + ≈ + ≈ ( + ) Ts (1 − α G )Ts Ts (1 − α G )Ts Ts N − α G ≈  N 1 ≈ R Ts − α G −αG Bộ biến đổi D/A A/D : Chuỗi symbol xn sau chèn khoảng bảo vệ ∆ G cho chuỗi sn ,sẽ đưa vào biến đổi từ số sang tương tự D/A lọc thông thấp tạo tín hiệu liên tục s(t) để đưa kênh truyền vô tuyến Ở phía thu, A/D làm động tác ngược lại D/A, A/D sẽlấy mẫu tín hiệu OFDM thu r(t), cho tín hiệu số rời rạc r n, sau rn cho qua Guard Interval Removal để loại bỏ khoảng bảo vệ ∆ G Bộ Up-Converter Down-Converter: Các Up-Converter Down-Converter đổi tần số cân băng (Balance Modulator) Sau qua biến đổi D/A lọc thông thấp, tín hiệu s(t) lên tần số cao tạo thành tín hiệu sRF(t) để anten phát dễ dàng xạ tín hiệu không gian phía thu, tín hiệu rRF(t) thu từ anten phát đổi tần xuống thành tín hiệu r(t) nhờ Down-Converter  Bộ Equalizer Do kênh sóng mang phụ có băng thông hẹp chòu fading phẳng, nên Equalizer đơn giản sử dụng nhằm tối ưu tín hiệu rời rạc trước cho qua giải điều chế số demoulation hay de-mapper, để giảm bớt tỉ số bit lỗi BER hệ thống Việc chèn CP vào symbol phía phát làm cho phép chập tuyến tính kể hợp trở thành phép chập vòng khoảng thời gian ts Ngoài để cải thiện BER người ta sử dụng thêm khối FEC (Forward Error Correction) để sửa lỗi đơn, sử dụng thêm khối Interleavers để hoán đổi vò trí biến bit lỗi dạng chùm thành bit đơn để FEC sửa  MIMO-OFDM Trang 13 Chương 3: Hệ thống MIMO-OFDM 3.1 Giới thiệu: Các hệ thống thông tin không dây nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng dung lượng khả chống lại tượng đa đường Đối với hệ thống thông tin thống chất lượng tín hiệu cải thiện cách tăng công suất, dung truyền lượng hệ thống 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 hệ thống tăng lên việc phân bố băng thông đònh chuẫn sẵn Hệ thống MIMO tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông hiệu nhờ ghép kênh không gian, cải thiện chất lượng hệ thống đáng kể nhờ vào phân tập phía phát phía thu mà không cần tăng công suất phát tăng băng thông hệ thống Kỹ thuật OFDM phương thức truyền dẫn tốc độ cao với cấu trúc đơn giản chống fading chọn lọc tần số, cách chia luông liệu tốc độ cao thành N luồng liệu tốc độ thấp truyền qua N kênh truyền sử dụng tập tần số trực giao Kênh truyền chòu fading chọn lọc tần số chia thành N kênh truyền có băng thông nhỏ hơn, N đủ lớn kênh truyền chòu fading phẳng OFDM loại bỏ hiệu ứng ISI sử dụng khoảng bảo vệ đủ lớn Ngoài việc sử dụng kỹ thuật OFDM giảm độ phức tạp Equalizer đáng kể cách cho phép cân tín hiệu miền tần số Từ ưu điểm bật hệ thống MIMO kỹ thuật OFDM, việc kết hợp hệ thống MIMO kỹ thuật OFDM giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng tương lai MIMO-OFDM Trang 14 Hình Các chuẩn thông tin không dây IEEE Hình mô tả chuẩn thông tin không dây IEEE tương ứng tốc độ bit vùng bao phủ, chuẩn màu sậm ứng dụng hệ thống MIMO-OFDM tương lai, điều cho thấy tầm ứng dụng hệ thống MIMO-OFDM rộng 3.2 Hệ thống MIMO-OFDM: 3.2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM: Cấu trúc máy thu phát hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO N T anten phát NR anten thu, kỹ thuật OFDM sử dụng N sóng mang phụ mô tả hình 6: a) Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM b) Sơ đồ khối phát OFDM MIMO-OFDM Trang 15 c) Sơ đồ khối thu OFDM Hình Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Symbol thu từ anten thu thứ i, sóng mang phụ thứ k symbol OFDM biểu diễn sau: Y1 (k ) = λ11 (k ) X (k ) + λ12 (k ) X (k ) +  + λ1NT (k ) X NT (k ) + V1 (k ) Y2 (k ) = λ21 (k ) X (k ) + λ 22 (k ) X (k ) +  + λ2 NT (k ) X NT (k ) + V2 (k )  YN R ( k ) = λ N R ( k ) X ( k ) + λ N R ( k ) X ( k ) +  + λ N R N T ( k ) X N T ( k ) + V N R ( k ) k = 1,2,3, , N Với: • Xj (k) symbol phát sóng mang thứ k symbol OFDM • Vi(k) nhiễu Gauss anten thu thứ i miền tần số, tức N-FFT nhiễu miền thời gian vi(t) λij (k ) độ lợi kênh truyền từ anten phát thứ j tới anten thu thứ • i sóng mang phụ thứ n λij (k ) N-FFT đáp ứng xung kênh truyền cij (t ) từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i Nếu máy thu ước lượng xác trạng thái kênh truyền λij (k ) biết xác ứng với symbol OFDM Kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM mô tả thông qua ma trận H sau λ11 (k )  λ 21 (k ) H (k ) =    λ N R (k ) λ12 (k )  λ 22 (k )     λ N R (k ) λ1NT (k )   λ2 NT (k )     λ N R NT (k ) Hình mô tả rõ ma trận H, kỹ thuật OFDM có tác dụng chia kênh truyền chọn lọc tần số thành N kênh truyền fading phẳng Hệ thống MIMO-OFDM tương đương với hệ thống MIMO MIMO-OFDM Trang 16 Hình 7: Ma trận kênh truyền Có hai loại hệ thống MIMO-OFDM là: hệ thống MIMO-OFDM Alamouti với mục đích đạt độ lợi phân tập tối đa nhằm tối ưu chất lượng hệ thống hệ thống MIMO-OFDM V-BlAST với mục đích đạt độ lợi lớn nhằm tăng tối đa dung lượng hệ thống thông tin không dây môi trường fading chọn lọc tần số 3.2.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti: Hình sơ đồ hệ thống MIMO-OFDM Alamouti với khối Sơ đồ Alamouti áp dụng nhằm đạt độ lợi phân tập lớn môi trường fading chọn lọc tần số với cấu trúc phần cứng đơn giản Hình Máy phát MIMO–OFDM Alamouti Hình Máy thu MIMO-OFDM Alamouti 3.2.3 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM V-Blast: MIMO-OFDM Trang 17 Hình Máy phát MIMO-OFDM VBLAST Hình 10 Máy thu MIMO-OFDM VBLAST MIMO-OFDM Trang 18 3.2.4 Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PARR: Hệ thống MIMO-OFDM hệ thống đa sóng mang, nên phải đối mặt với vấn đề quan trọng méo phi tuyến từ khuyếch đại cao tần Nguyên nhân vấn đề tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình PARR lớn dẫn đến tầm động tín hiệu lớn hệ thống đa sóng mang sử dụng số sóng mang phụ lớn Một số kỹ thuật nhằm mục đích giảm thiểu PARR hệ thống MIMOOFDM đề nghò, chúng chia thành hướng tiếp cận Trong hướng thứ nhất, ta chèn thêm thông tin dư thừa nhằm giảm biên độ đỉnh symbol phát từ giảm PARR hệ thống Hứớng thứ hai cho tín hiệu qua sửa đổi nhằm loại bỏ đỉnh tín hiệu có biên độ lớn Hướng tiếp cận thứ có ưu điểm không gây xuyên nhiễu làm tăng tính phức tạp làm giảm tốc độ truyền hệ thống, hướng thứ hai đơn giản làm tăng tính phức tạp hệ thống lại gây xuyên nhiễu cho hệ thống MIMO-OFDM Trang 19 ... dụng hệ thống MIMO- OFDM tương lai, điều cho thấy tầm ứng dụng hệ thống MIMO- OFDM rộng 3.2 Hệ thống MIMO- OFDM: 3.2.1 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM: Cấu trúc máy thu phát hệ thống MIMO- OFDM bao gồm hệ. .. thuật OFDM 2.3 Mơ hình hệ thống OFDM 8 9 Chương 3: Hệ thống MIMO- OFDM 3.1 Giới thiệu 3.2 Mơ hình hệ thống MIMO- OFDM 14 15 15 MIMO- OFDM Trang Chương 1: Hệ thống MIMO 1.1 Cấu trúc mơ hình hệ thống. .. phát MIMO OFDM Alamouti Hình Máy thu MIMO- OFDM Alamouti 3.2.3 Mô hình hệ thống MIMO- OFDM V-Blast: MIMO- OFDM Trang 17 Hình Máy phát MIMO- OFDM VBLAST Hình 10 Máy thu MIMO- OFDM VBLAST MIMO- OFDM