Bài viết trình bày và phân tích kỹ thuật MIMO-OFDM VBLAST(Multiple Input Muliple OutputOrthogonal Frequency Division Multiplexing Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) cho phép tăng dung lượng và chất lượng của hệ thống một cách đáng kể. Sự thành công của việc kết hợp hệ thống MIMO (Multiple Input Muliple Output) với kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) đã đưa nó trở thành nền tảng cho sự phát triển của các thế hệ thông tin tiếp theo.
28 Khoa học Công nghệ NÂNG CAO DUNG LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DÙNG MIMO-OFDM VBLAST Phạm Minh Triết * Trần Thị Bích Hạnh ** Tóm tắt Dung lượng chất lượng truyền dẫn mối quan tâm hàng đầu hệ thống thông tin vô tuyến, thời gian qua nhiều biện pháp kỹ thuật nghiên cứu áp dụng để nâng cao Trong viết này, chúng tơi trình bày phân tích kỹ thuật MIMO-OFDM VBLAST(Multiple Input Muliple OutputOrthogonal Frequency Division Multiplexing Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) cho phép tăng dung lượng chất lượng hệ thống cách đáng kể Sự thành công việc kết hợp hệ thống MIMO (Multiple Input Muliple Output) với kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) đưa trở thành tảng cho phát triển hệ thông tin Từ khóa: Thơng tin vơ tuyến, dung lượng, chất lượng truyền dẫn, tần số, nhiễu Abstract Capacity and transmission quality are top concerns in wireless communications systems that some techniques are studied and applied in recent time In this paper, it will present and analyze MIMO-OFDM VBLAST Technique that enables to increase the capacity and quality of the system significantly The success of combining MIMO System with OFDM Technique creates the foundation for the development of the next generation of information Keywords: wireless communications, Capacity, Transmission quality, Frequency, Noise Đặt vấn đề Trong thập kỷ qua, giới chứng kiến thành công to lớn mạng thông tin di động hệ thứ hai 2G, tiếp sau mạng thơng tin di động hệ thứ ba 3G triển khai nhiều nơi giới Cải tiến bật mạng 3G so với mạng 2G khả cung ứng truyền thơng gói tốc độ cao nhằm triển khai dịch vụ truyền thông đa phương tiện Tuy nhiên, đối tượng sử dụng thông tin di động đa dạng nhu cầu ngày tăng dẫn đến yêu cầu thiết cho đời phát triển hệ thống thông tin di động hệ thứ tư 4G Hình 1: Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động , Thạc sĩ - Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh * ** Số 12, tháng 3/2014 28 Khoa học Công nghệ 29 4G có u cầu kỹ thuật dung lượng lớn tốc độ liệu cao băng thông cho phép lại không mở rộng MIMO hệ thống đa anten đầu phát, đầu thu, áp dụng kỹ thuật phân tập, mã hoá nhằm tăng dung lượng kênh truyền, cải thiện hiệu phổ mà tăng công suất phát hay băng thông Khi tốc độ truyền dẫn tăng cao kênh truyền băng rộng, đặt biệt kênh fading lựa chọn tần số, nhiễu liên ký tự (Inter-Symbol Interference) xuất độ trễ kênh truyền làm tăng tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate) cách đáng kể Để giải vấn đề này, kỹ thuật điều chế đa sóng mang ghép kênh phân chia theo tần số sóng mang trực giao OFDM áp dụng cho hệ thống truyền dẫn Nguyên lý OFDM chia luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang trực giao Nhận thấy tiềm to lớn MIMO OFDM, nhà thiết kế kết hợp hai vào hệ thống truyền dẫn để tận dụng ưu điểm chúng Thành công rực rỡ đặt MIMO-OFDM làm tảng cho phát triển 4G Trong tương lai, nhiều nghiên cứu phát triển để cải tiến chất lượng, dung lượng hệ thống MIMO-OFDM Nội dung 2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM VBLAST Hệ thống MIMO-OFDM VBLAST áp dụng nhằm tăng tối đa dung lượng kênh truyền fading chọn lọc tần số Bộ mã hóa STC (Hình 2) Hình 2: Máy phát MIMO-OFDM VBLAST trường hợp S/P chia luồng liệu lớn thành NT luồng liệu nhỏ, sau NT luồng đưa vào NT truyền OFDM Từng luồng liệu biến đổi nối tiếp sang song song thành NT vector Xj , j = 1,2,…NT gồm N symbol, vector Xj miền tần số đưa qua N-IFFT để đưa miền thời gian tạo thành NT vector gồm N mẫu rời rạc xi = F * X i (1) Sau vector xj chèn khoảng bảo vệ cho qua biến đổi D/A lọc thơng thấp LPF nhằm tạo NT tín hiệu miền thời gian s j (t ) , lúc tín hiệu thời gian cho qua khối UpConverter dùng để dịch chuyển phổ tín hiệu s(t) lên tần số cao tạo thành tín hiệu cao tần SjRF (t) đưa phát đồng thời NT anten phát Phía thu sử dụng thu OFDM để thu tín hiệu cao tần Lúc thu OFDM loại bỏ khoảng bảo vệ CP Sóng mang phụ Hình 3: Máy thu MIMO-OFDM VBLAST Số 12, tháng 3/2014 29 30 Khoa học Công nghệ khỏi symbol OFDM tiếp đến khối giải mã STC giải điều chế tín hiệu để lấy lại liệu mong muốn 2.2 Mô hệ thống MIMO-OFDM VBLAST Chúng mô hệ thống MIMOOFDM VBLAST theo mơ hình dùng phương pháp điều chế QPSK phần máy thu sử dụng giải thuật giải mã MMSE VBLAST (Minimum Mean Sqare Error Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) Tiến trình mơ thực sau: - Xác định tham số đầu vào (a) Hệ thống MIMO-OFDM có số anten phát 4, số anten thu Size FFT 16 Độ dài khoảng bảo vệ Xác định tham số cần mô BER hệ thống với SNR Tạo mẫu tín hiệu nguồn Sử dụng điều chế QPSK Truyền liệu Tạo Tap kênh - Xử lý tín hiệu nhận Dùng giải thuật giải mã MMSE VBLAST Đếm lỗi xảy q trình truyền Tính tốn BER Vẽ kết mơ Kết mơ thể hình sau: Hình 4.10: (a) Mô MIMO-OFDM VBLAST, (b) Mô MIMO MMSE 2x2 Quan sát đồ thị BER hệ thống MIMOOFDM VBLAST với phương pháp điều chế QPSK sử dụng giải thuật giải mã MMSE, ta thấy tỉ số tín hiệu nhiễu tăng BER hệ thống giảm mạnh, BER hệ thống tăng ta tăng số anten phát anten thu hệ thống Kết luận Việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật OFDM đặc biệt mơ hình VBLAST cho phép tăng dung lượng chất lượng hệ thống (b) cách đáng kể Chính nhờ thành công việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật OFDM nên trở thành tảng cho phát triển 4G hệ thông tin Một hướng nghiên cứu cần tiếp tục phát triển việc đề xuất tách tín hiệu MIMO - OFDM hiệu quả, có phẩm chất BER tốt lại khơng u cầu độ phức tạp tính tốn cao Tài liệu tham khảo Chung G Kang, Won Young Yang, Jaekwon Kim, Yong Soo Cho 2010 “MIMO-OFDM Wireless Communications With Matlab” Hamid Jafarkhani 2005 “Space-Time Coding Theory And Practice” Harry Zhi Bing Chen 2010 “ Signal Design For MIMO-OFDM Systems” Nguyen Tuan Duc 2008 “MIMO - MIMO OFDM Techniques” State of Art and Future PhD student IRISA/Universite de Rennes Số 12, tháng 3/2014 30 ... cải tiến chất lượng, dung lượng hệ thống MIMO-OFDM Nội dung 2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM VBLAST Hệ thống MIMO-OFDM VBLAST áp dụng nhằm tăng tối đa dung lượng kênh truyền fading chọn lọc tần số... luận Việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật OFDM đặc biệt mơ hình VBLAST cho phép tăng dung lượng chất lượng hệ thống (b) cách đáng kể Chính nhờ thành công việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ... nghệ 29 4G có u cầu kỹ thuật dung lượng lớn tốc độ liệu cao băng thông cho phép lại không mở rộng MIMO hệ thống đa anten đầu phát, đầu thu, áp dụng kỹ thuật phân tập, mã hoá nhằm tăng dung lượng