Kỹ thuật phân tập tín hiệu ở mạng MIMO

Các kỹ thuật phân tập tín hiệu ở hệ thống MIMO Kỹ thuật phân tập không gian (space diversity) Kỹ thuật phân tập tần số (frequency diversity) Kỹ thuật phân tập thời gian (time diversity) Mã hóa không gian thời gian trong MIMO Hệ thống MIMO – OFDM

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MỤC LỤC MỤC LỤC .1 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT .3 MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHÂN TẬP 1.1 Một số kỹ thuật xử lý để thiện chất lượng tín hiệu thu 1.2 Kỹ thuật phân tập 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Ứng dụng CHƯƠNG : MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÂN TẬP .11 2.1 Kỹ thuật phân tập không gian (space diversity): 11 2.1.1 Giới thiệu .11 2.1.2 Các kỹ thuật tổ hợp – phân tập thường gặp 13 2.2 Kỹ thuật phân tập tần số (frequency diversity): 14 2.3 Kỹ thuật phân tập thời gian (time diversity): .15 CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP TÍN HIỆU Ở HỆ THỐNG MIMO 16 3.1 Giới thiệu khái quát MIMO .16 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 3.2 Dung kênh MIMO 18 3.3 Mã hóa khơng gian - thời gian MIMO 21 3.3.1 Mã lưới không gian – thời gian (space-time trellis code) 23 3.3.2 Mã hóa khơng gian – thời gian (space – time blook code) 26 3.4 Hệ thống MIMO – OFDM 29 3.4.1 Kỹ thuật điều chế trực giao OFDM 30 3.4.2 Mơ hình hệ thống MIMO – OFDM .31 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .35 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT BER Bit error rate Tỷ lệ lỗi bit EGC Equal Gain Combining Tổ hợp độ lợi IF Intermedium Frequency Tần số trung gian ISI Intersymbols Interference Giao thoa ký hiệu MIMO Multiple-Input, Multiple-Output Hệ đa lối vào đa lối MRC Maximumal Ratio Combining SC Selection Combining Tổ hợp lựa chọn SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký hiệu SNR Signal Noise Rate Tỷ số tín tạp STC Space-Time Code STBC Space-Time Blook Code Mã khối không gian-thời gian STTC Space-Time Trellis Code Mã lưới không gian-thời gian Tổ hợp tỷ số cực đại Mã hố khơng gian-thời gian TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MỞ ĐẦU Môi trường thông tin vô tuyến bị ảnh hưởng tác động nhiều yếu tố tự nhiên tạp âm, can nhiễu … khiến tính chất biến đổi liên tục theo thời gian Trong đó, nguyên nhân chủ yếu làm kênh vô tuyến di động bị biến động nhiều Phading nhiều đường trải tần Doppler Các hiệu ứng làm phân tán lượng tín hiệu biên độ, pha thời gian Những ảnh hưởng sinh nhiều phiên tín hiệu truyền tới anten thu, tác động tiêu cực mạnh lên tỷ lệ lỗi bit loại điều chế Sự truyền theo nhiều đường truyền thường kéo dài thời gian cần thiết cho phần băng gốc tín hiệu tới máy thu làm cho tín hiệu bị méo hay nhòe cách đáng kể giao thoa ký hiệu với Chính vậy, hệ thơng tin di động ln đòi hỏi kỹ thuật xử lý tín hiệu để cải thiện chất lượng kết nối môi trường vô tuyến di động đầy trở ngại Có nhiều kỹ thuật khác để chống lại ảnh hưởng kỹ thuật cân bằng, mã kênh … kỹ thuật phân tập kỹ thuật quan trọng giúp nâng cao hiệu suất băng tần, cải thiện chất lượng tín hiệu thu Nghiên cứu kỹ thuật phân tập cần thiết, có nhiều người nghiên cứu ứng dụng phân tập hệ vô tuyến đa người dùng Khóa luận tập trung nghiên cứu sở lý thuyết kỹ thuật phân tập: khái niệm, phân loại phương pháp Đồng thời, tìm hiểu tác dụng phân tập làm giảm ảnh hưởng phading gây gián đoạn thông tin hệ vô tuyến đa người dùng Khóa luận kết cấu thành chương Chương đề cập tổng quan kỹ thuật phân tập Chương giới thiệu số kỹ thuật phân tập Chương tìm hiểu kỹ thuật phân tập tín hiệu mạng MIMO TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHÂN TẬP 1.1 Một số kỹ thuật xử lý để thiện chất lượng tín hiệu thu Trong đường truyền thơng vơ tuyến, tín hiệu chịu nhiều tác động phading nhiều đường, trải tần Doppler, ồn Gauss … Nếu theo phương pháp truyền dẫn tương tự truyền thống tốc độ liệu bị hạn chế thấp băng tần cho trước Khi chuyển sang kỹ thuật truyền thông số, cân bằng, phân tập mã kênh ba kỹ thuật phổ biến để nâng cao hiệu suất băng tần, cải thiện chất lượng tín hiệu thu Cân bù trừ giao thoa ký hiệu (ISI) tạo nên nhiều đường kênh tán sắc theo thời gian Nếu độ rộng dải điều chế vượt độ rộng kết hợp kênh vơ tuyến, ISI xảy xung điều chế bị trải rộng theo thời gian Tác dụng cân khôi phục lại tín hiệu thu cho giống tốt Bộ cân loại đặt trước (preset) thích nghi (adaptive), hầu hết cân phải thích nghi nói chung kênh khơng biết trước thay đổi theo thời gian Phân tập kỹ thuật khác nhằm bù trừ không hoàn thiện kênh phading thường thực cách dùng hai hay nhiều anten thu Phân tập thường dùng để giảm độ sâu độ kéo dài nhòe xảy thu kênh phading phẳng (dải hẹp) Kỹ thuật phân tập chung gọi phân tập khơng gian, nhiều anten phân cách có chủ định nối với TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ hệ thu chung Các kỹ thuật phân tập khác phân tập theo phân cực anten, phân cực theo tần số phân tập theo thời gian Mã kênh dùng để cải thiện chất lượng kết nối thông tin di động cách cộng thêm bit liệu dư thừa tin phát Tại phần băng gốc phát, mã kênh ánh xạ dãy tin số thành chuỗi mã đặc biệt khác có chứa số bit lớn số bit tin nguyên thủy Bản tin mã sau điều chế để truyền kênh vô tuyến Mã kênh dùng thu để phát hay sửa vài (hay tất cả) lỗi kênh đưa vào chuỗi đặc biệt bit tin Vì việc giải mã thực sau phần giải điều chế thu, mã hóa coi kỹ thuật tách sóng trước Các bit mã hóa thêm vào hạ thấp tốc độ truyền liệu nguyên thủy qua kênh (mở rộng độ rộng dải chiếm dụng với tốc độ liệu tin cụ thể) Có hai loại mã kênh: mã khối mã nhân chập (mã xoắn) Mã kênh thường xử lý cách độc lập với phương pháp điều chế Tuy nhiên, tổ hợp mã hóa điều chế tạo thành sơ đồ điều chế mã hóa kiểu lưới thu độ lợi mã hóa lớn mà không cần mở rộng độ rộng dải Ba kỹ thuật cân bằng, phân tập mã kênh sử dụng độc lập ghép đôi để cải thiện chất lượng kênh kết nối vơ tuyến (có nghĩa làm giảm tỷ lệ lỗi bit tức thời) tiếp cận giá thành, độ phức tạp tính hiệu kỹ thuật lại thay đổi nhiều hệ thông tin không dây thực tế TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 1.2 Kỹ thuật phân tập ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1.2.1 Khái niệm Như biết, tượng phading nhiều đường xem đặc điểm cố hữu kênh vô tuyến Vậy làm cách thông tin truyền qua hệ vô tuyến đảm bảo? Câu trả lời Phân tập Trên thực tế, vài tín hiệu mang thơng tin truyền đồng thời kênh phading độc lập, có tín hiệu thu khơng bị suy biến phading kênh Phân tập kỹ thuật dùng để nâng cao độ tin cậy việc truyền tín hiệu cách truyền tín hiệu giống nhiều kênh truyền khác để đầu thu chọn số tín hiệu thu kết hợp tín hiệu thành tín hiệu tốt Việc nhằm chống lại fading nhiễu kênh truyền khác chịu fading nhiễu khác Nói cách khác, phân tập nhằm bù trừ khơng hồn thiện kênh phading thường thực cách dùng hai hay nhiều anten thu, kết hợp tín hiệu thu đa đường đến từ nguồn phát Do đó, cải thiện chất lượng tín hiệu thu bị suy giảm phading 1.2.2 Phân loại Có nhiều cách thức khác để phân loại Nếu dựa phương diện kỹ thuật truyền tín hiệu phân thành loại phân cực sau: Phân tập không gian (space diversity): truyền dẫn đồng thời tín hiệu kênh vơ tuyến cách sử dụng hai anten để thu (hoặc nhiều hơn) và/hoặc để phát Trong anten hứng điểm không TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ tín hiệu, anten khác lại hứng đỉnh tín hiệu thu chọn lấy anten có hiệu tốt thời điểm Giống tên gọi, người ta sử dụng hai anten bố trí cách khoảng để phát thu thông tin từ nguồn tin đến nơi nhận tin Nếu ăng ten đặt gần khoảng vài bước sóng gọi phân tập vi mơ (microdiversity) Nếu ăng ten đặt cách xa gọi phân tập vĩ mô (macrodiversity).Khoảng cách anten dàn thu dàn phát chọn cho tín hiệu riêng biệt thu khơng tương quan Trong thực tế, không đạt hệ số tương quan (các tín hiệu khơng tương quan), chí với giá trị thấp, may mắn, điều không làm giảm nhiều giá trị lợi ích thiết thực thu sử dụng phân tập Hình 1.2-1: Phân tập khơng gian Phân tập tần số (frequency diversity): truyền đồng thời tín hiệu mang tin hai hai kênh tần số vơ tuyến khác bố trí dải tần Mặc dù người ta chứng minh hệ thống vô tuyến số phân tập tần số cho hệ số cải thiện tốt, tốt so với hệ vô tuyến tương tự, việc sử dụng thường bị hạn chế hiệu suất sử dụng phổ tần có khơng có hiệu cao TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 1.2-2: Phân tập tần số Phân tập thời gian (time diversity): truyền tín hiệu mang tin thời điểm khác nhau, với khoảng ngắt quãng thời điểm lớn thời gian kết hợp “coherence” kênh Nếu khoảng ngắt quãng thời gian “coherence” kênh, thực phân tập hao phí thời gian thực Phân tập phân cực (polarization diversity): truyền tín hiệu nhánh phân cực khác Ví dụ: phân cực ngang, phân cực dọc … Phân tập người sử dụng (multiuser diversity) Đây phân tập không gian hệ điện thoại di động: trạm gốc thực việc tổ hợp, thu tín hiệu phát từ anten người dùng khác Cũng có ý kiến kết hợp loại phân tập Nếu dựa vào việc triển khai anten đa đường kết nối vô tuyến, ta phân loại phân tập khơng gian thành dạng sau: Phân tập thu (receive diversity), sử dụng anten phát đơn lẻ nhiều anten thu Phân tập phát (transmit diversity), sử dụng nhiều anten phát anten thu đơn lẻ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Phân tập phát – thu (diversity on both transmit and receive), kết hợp nhiều anten phát nhiều anten thu Rõ ràng việc kết hợp phân cực phát phân cực thu phân cực không gian trường hợp tổng quát 1.2.3 Ứng dụng Kỹ thuật phân tập phương pháp dùng để hạn chế ảnh hưởng phading Trong thông tin di động, kỹ thuật phân tập sử dụng để hạn chế ảnh hưởng phading đa đường, tăng độ tin cậy việc truyền tin mà gia tăng công suất phát hay băng thông Kỹ thuật phân tập anten quan tâm ứng dụng vào hệ thống đa lối vào đa lối (MIMO) vì: • Khả khai thác hiệu thành phần không gian nâng cao chất lượng dung lượng hệ thống Giảm ảnh hưởng phading • Tránh hao phí băng thơng tần số - yếu tố quan tâm hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày khan 10 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ • Với ký hiệu si đầu vào, mã hóa tạo N ký hiệu mã phát đồng thời từ N anten phát Ci,1 Ci,2 … Ci,N • Vectơ mã Ci=[ Ci,1 Ci,2 … Ci,N]T • Phát dãy vectơ mã C={ C1, C2 ,… , CL} • Lỗi xảy giải mã định sai ta phát dãy vectơ mã khác C’={C’1, C’2,… , C’L} • Xét khung liệu có đầu vào L • Mã trận lỗi A xác nhận theo công thức: (3.9) Với * ký hiệu liên hợp phức Xác suất lỗi cặp PEP (pairwise error probability) có giới hạn là: (3.10) Trong đó: λn trị riêng ma trận lỗi A r hạng ma trận lỗi A ES lượng ký hiệu N0 mật độ phổ công suất tạp âm Từ phương trình (3.10) ta xác định: Độ tăng ích mã hóa hệ thống MH (3.11) 22 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độ tăng ích phân tập hệ thống PT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ≤ MN (do r ≤ N) (3.12) Giống mã hóa kênh thơng thường, mã hóa không gian – thời gian dùng độ dư thừa để bảo vệ chống lại phading, nhiễu giao thoa Chúng dùng để cực tiểu xác suất ngừng hoạt động, hay cực đại hóa dung lượng ngừng hoạt động Tùy thuộc vào mức dư thừa đưa vào thiết kế mã hóa khơng gian – thời gian, mức độ phụ thuộc thống kê số tín hiệu phát giảm xuống tương ứng Mã hóa khơng gian – thời gian chia thành hai loại: mã lưới không gian – thời gian mã khối không gian thời gian, tùy thuộc vào thức truyền tín hiệu kênh vô tuyến diễn 3.3.1 Mã lưới không gian – thời gian (space-time trellis code) Một mã lưới không gian – thời gian cho phép truyền “dãy” ký hiệu cách xử lý tín hiệu tổ hợp thu nhờ kỹ thuật mã hóa thích hợp với u 23 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ cầu anten đa đường trạm phát Các mã lưới không gian thời gian – thiết kế cho hai đến bốn anten phát, hiệu suất cực đại đạt mơi tường phading chậm, ví dụ truyền liệu indoor Vì ln u cầu có đại lượng đa chiều (ví dụ vectơ) thuật toán Viterbi Với số anten phát định, độ phức tạp giải mã mã lưới không gian – thời gian (đo số hạng trạng thái lưới giải mã) tăng lên theo hàm mũ giống hàm hiệu suất quang phổ Mã STTC thiết kế cho giải mã, thuật toán Viterbi – thuật toán giải mã hợp lý cực đại (maximum likelihood) sử dụng để tính đường hợp lý chạy qua lưới có số đo tích lũy nhỏ Số đo tích lũy = Trong độ tăng ích đường (3.13) rt,m tín hiệu thu anten m thời điểm t ích đường truyền từ anten phát đến anten thứ m độ tăng truyền từ anten phát đến anten thứ m 24 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 3.3-2: Mã STTC với trạng thái sử dụng chòm QPSK thiết kế cho anten phát 25 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 3.3-3: Mã STTC với trạng thái sử dụng chòm QPSK thiết kế cho anten phát Mã STTC tìm hệ thống máy tính cho chất lượng tốt hẳn mã STTC thiết kế phương pháp tính tốn thủ công 26 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 3.3-4: Mã trạng thái QPSK 3.3.2 Mã hóa khơng gian – thời gian (space – time blook code) Trong mã khối khơng gian – thời gian, việc truyền tín hiệu diễn dạng khối (blooks) Mã hóa định nghĩa ma trận truyền, biểu thức ba tham số: Số lượng ký hiệu truyền, ký hiệu l Số lượng anten phát, ký hiệu N t , kích thước ma trận truyền Số lượng khe thời gian khối liệu, ký hiệu m Với m khe thời gian việc truyền l ký hiệu, tỷ số l/m tốc độ mã hóa, ký hiệu k Với đường truyền hiệu dụng, ký hiệu truyền dạng phức Hơn nữa, để thuận tiện, dùng xử lý tuyến tính để ước lượng ký hiệu truyền thu thiết kế thu đơn giản hóa thành thiết kế ma trận truyền Ở đây, ta xác định hai thủ thuật thiết kế khác nhau: Thiết kế trực giao phức, ma trận truyền ma trận vuông, thỏa mãn điều kiện cho trực giao phức chiều không gian thời gian Thiết kế trực giao phức suy rộng, ma trận truyền khơng phải ma trận vng, thỏa mãn điều kiện cho trực giao phức chiều khơng gian, tỷ lệ mã hóa nhỏ tỷ lệ đơn vị 27 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Nói cách khác, trực giao phức ma trận truyền chiều thời gian điều kiện đủ cho xử lý tuyến tính thu Một thiết kế trực giao phức với kích thước N t cho trước, N t =2 Constellation mapper Blook encoder bk sk mã hóa Alamouti phương pháp mã hóa với tỷ lệ mã hóa đơn vị Thiết kế trực giao phức suy rộng cho phép sử dụng nhiều anten phát kết tốc độ mã hóa nhỏ tốc độ đơn vị Hình 3.3-5: Sơ đồ mã khối không gian - thời gian trực giao Mã hóa Alamouti phức tạp mã lưới không gian – thời gian với anten cấu hình (ví dụ hai anten phát anten thu), khơng hoạt động tốt mã lưới không gian – thời gian Tuy vậy, mã hóa Alamouti lựa chọn hồn hảo đơn giản tính tốn cho dung lượng hiệu suất cao 28 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 3.3-6: So sánh BER dùng BPSK kênh phading phẳng Rayleigh cho trường hợp Hình 3.3-6 biểu diễn mơ máy tính so sánh tỷ số lỗi bit BER dùng điều chế BPSK qua kênh phading phẳng Rayleigh theo trường hợp: Khơng dùng phân tập (ví dụ anten phát anten thu – SISO) Dùng tổ hợp có tỷ số cực đại MRC (ví dụ anten phát anten thu) Dùng mã hóa Alamouti (ví dụ anten phát anten thu) Giả thiết công suất truyền tổng cộng giống cho trường hợp với hai trường hợp phân tập kênh thu tốt 29 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Từ đồ thị ta thấy đường biểu diễn dùng mã hóa Alamouti xấu khoảng 3dB so với trường hợp dùng tổ hợp MRC Điều chứng tỏ rằng, trường hợp phân tập không gian nơi phát dùng mã hóa Alamouti, cơng suất phát anten (trong anten) nửa công suất phát phân tập không gian thu sử dụng MRC Trường hợp phân tập gồm mã hóa Alamouti tổ hợp MRC giống anten phát mã hóa Alamouti có cơng suất anten phát đơn lẻ MRC Lưu ý rằng, đồ thị MRC mã hóa Alamouti có chung độ dốc Độ dốc phụ thuộc vào hệ số phân tập định trước 3.4 Hệ thống MIMO – OFDM Ngoài ảnh hưởng suy hao, can nhiễu, tín hiệu truyền qua kênh vơ tuyến di động bị phản xạ, khúc xạ, tán xạ … gây tượng phading đa đường Điều dẫn đến tín hiệu nhận thu yếu nhiều so với tín hiệu phát, làm giảm đáng kể chất lượng truyền thông Các phading phổ biến thông tin vô tuyến phading Rayleigh phading Rice Những nghiên cứu gần cho thấy kết hợp phương pháp điều chế OFDM vào hệ thống MIMO cho phép cải thiện đáng kể ảnh hưởng phading từ môi trường truyền, cho phép nâng cao chất lượng dung lượng truyền thông 3.4.1 Kỹ thuật điều chế trực giao OFDM Kỹ thuật OFDM (viết tắt Orthogonal frequency – division multiplexing) trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế đa sóng mang, sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ phổ tín hiệu sóng mang phụ cho phép chồng lẫn lên mà phía thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu Sự 30 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ chồng lẫn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường Hình 3.4-1: Mơ hình tổng quan kỹ thuật điều chế OFDM Cơng trình khoa học Weistein Ebert chứng minh phép điều chế OFDM thực thông qua phép biến đổi IDFT phép giải điều chế OFDM thực phép biến đổi DFT Điều làm cho kỹ thuật điều chế OFDM ứng dụng rộng rãi, thay dùng IDFT người ta sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho điều chế OFDM, sử dụng FFT cho giải điều chế OFDM Ưu điểm điều chế OFDM: 31 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hệ thống OFDM loại bỏ hồn tồn nhiễu giao thoa ký hiệu (ISI) độ dài chuỗi bảo vệ lớn trễ truyền dẫn lớn kênh Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, ảnh hưởng phân tập tần số chất lượng hệ thống giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Hệ thống có cấu trúc thu đơn giản Nhược điểm: Đường bao biên độ tín hiệu phát khơng phẳng Điều gây méo phi tuyến khuếch đại công suất máy phát máy thu Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh nhiễu phân tập đa đường làm giảm phần hiệu suất sử dụng đường truyền, thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích Do u cầu điều kiện trực giao sóng mang phụ, hệ thống OFDM nhạy cảm với hiệu ứng Doppler dịch tần (frequency offset) dịch thời gian (time offset) sai số đồng 3.4.2 Mơ hình hệ thống MIMO – OFDM Sự kết hợp phương pháp điều chế OFDM ưu điểm hệ thống MIMO cải thiện đáng kể ảnh hưởng phading, nâng cao chất lượng tín hiệu dung lượng hệ thống Cấu trúc máy phát MIMO – OFDM: 32 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 3.4-2: Mơ hình hệ thống MIMO - OFDM phía phát Các phát tín hiệu OFDM kết hợp với thơng qua mã hóa khơng gian – thời gian STC Bộ mã hóa nhằm tạo luồn bit khác cho anten phát, tận dụng phân tập khơng gian tín hiệu phát qua anten khác để sửa lỗi đường truyền Chính nhờ có phân tập mà chất lượng tín hiệu cải thiện Hình 3.4-3: Mơ hình hệ thống MIMO - OFDM phía thu 33 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KẾT LUẬN Đồ án hoàn thành yêu cầu đặt nghiên cứu kỹ thuật phân tập tín hiệu mạng MIMO Rõ ràng, phân tập kỹ thuật hiệu giúp nâng cao chất lượng tín hiệu dung lượng hệ thống Đồng thời, khóa luận tìm hiểu mơi trường phading với nhiều loại phading khác ảnh hưởng kênh truyền Việc ứng dụng kỹ thuật phân tập thực tế để giảm ảnh hưởng phading đòi hỏi áp dụng nhiều mơ hình phương pháp tổ hợp khác Cách chọn lựa dùng tổ hợp phân tập định đến tỷ lệ SER cao hay thấp cho kênh truyền Đồ án giới thiệu tổng quan hệ thống không dây MIMO – kỹ thuật sử dụng nhiều anten nơi phát nơi thu Hệ thống MIMO có khả tăng dung cách thay đổi đường truyền với số lượng anten cố định mà không cần tăng dải thông hay công suất Qua kết mô ta thấy việc ứng dụng kỹ thuật phân tập anten vào hệ thống MIMO giúp khai thác hiệu thành phần không gian, tránh hao phí băng thơng tần số Tuy vậy, thời gian làm chưa đủ để nghiên cứu sâu vấn đề có liên quan đến kỹ thuật phân tập anten hệ thống MIMO đại nên chưa thấy kết tốt Đề tài đồ án nghiên cứu tiếp, tập trung vào ứng dụng kỹ thuật phân tập hệ MIMO đại khác Có thể so sánh kết ứng dụng phân tập nhiều điều kiện kênh truyền khác để từ cho kết tổng quát 34 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Với kết đạt đồ án, mong giúp ích hữu hiệu cho quan tâm đến kỹ thuật phân tập ứng dụng truyền thơng vơ tuyến di động 35 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Thiện Minh (2006), Vi ba số, Nhà xuất Bưu điện, tr 97 – 147 BP.LATHI (1999), Hệ thông tin số tương tự đại, Chương + 6, Người dịch: PGS-TS Nguyễn Viết Kính, Trường Đại Học Cơng Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội TS Phan Hồng Phương, KS.Lâm Chi Thương (2007), Kỹ thuật phân tập anten cải thiện dung lượng hệ thống MIMO-OFDM, http://www.ebook.edu.vn Hermann Lipfert (2007), MIMO OFDM Space time coding – Spatial Multiplexing Increasing Performance and Spectral Efficiency in Wireless Systems, Part I, pp – 11 Nguyễn Tuấn Đức (2008), MIMO OFDM techniques: state of art and future, IRIRA, University of Rennes - France John G Proakis (1983), Digital Communications, pp 323 – 453 Simon Haykin Modern and Michael Moher (2005), Wireless Communications, pp 339 – 450 Theodore S.Rappaport (1997), Wireless Communications Principles and Practice Unit 1, pp 214 -312 Theodore S.Rappaport (1997), Wireless Communications Principles and Practice Unit 2, pp 20 -47 10.www.parteqinnovations.com (2005), Diversity Coding Method for MIMOOFDM, Parteq Innovations, Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada 11.Helmut Bolcskeiz (2005), Principles of MIMO-OFDM Wireless Systems, pp 1-33 36