Nghiên cứu phương pháp đồng bộ cho hệ thống mimo MC CDMA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC ĐỒNG BỘ CHO HỆ THỐNG MIMO MC - CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG Hà Nội – Năm 2014 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA LỜI NĨI ĐẦU Con người ln có nhu cầu trao đổi thơng tin.Với phát triển nhanh chóng xã hội nhu cầu trao đổi thơng tin u cầu chất lượng thông tin cao Để nâng cao chất lượng (tốc độ liệu, độ tin cậy thơng tin …) viễn thơng có nhiều giải pháp như: nâng cấp chất lượng đường truyền, nghiên cứu phương thức điều chế mới, tăng công suất thu phát hệ thống Tuy nhiên để có phương pháp tối ưu (vừa đảm bảo chất lượng thông tin, vừa đảm bảo hiệu kinh tế) việc nghiên cứu loại mã, phương pháp điều chế đồng hệ thông giải pháp thích hợp Dung lượng yêu cầu ngày lớn, tốc độ liệu ngày cao, băng thơng lại có giới hạn u cầu khiến cho hệ thống đa đầu vào - đa đầu MIMO (Multi Input- Multi Output ) nghiên cứu đem lại nhiều thành công đáng kể Hệ thống MIMO sử dụng đa anten phát, đa anten thu, áp dụng kỹ thuật phân tập mã hóa nhằm tăng dung lượng kênh truyền, cải thiện hiệu phổ mà tăng công suất phát hay băng thông Trong hệ thống thông tin vô tuyến nào, dải băng tần ln bị giới hạn nhiễu Vì vậy, việc chia sẻ kênh truyền để nhiều người sử dụng đồng thời nhu cầu cấp thiết Vì kỹ thuật đa truy nhập đời Kỹ thuật FDMA đời sau đến kỹ thuật TDMA ngày nay, kỹ thuật CDMA, dựa nguyên lý trải phổ sử dụng rộng rãi cho thơng tin vơ tuyến tồn giới CDMA chứng tỏ khả vượt trội so với kỹ thuật tương tự số khác Trong nội dung luận văn trình bày nguyên lý CDMA, kỹ thuật trải phổ CDMA Chúng sử dụng phổ biến hệ thống MC-CDMA Khả cung cấp dịch vụ hệ thống MIMO hệ thống MC-CDMA đem lại tiềm ứng dụng to lớn cho hệ thống thông tin nay, nên việc kết hợp chúng thành hệ thống hệ thống MIMO MC - CDMA giải pháp vô quan trọng cho phát triển 4G, việc đồng quan trọng Và lý em lựa Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA chọn đề tài cho luận văn là: “Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC-CDMA” Trong trình làm luận văn, em nhận hướng dẫn chu đáo tận tình thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Do kiến thức nhiều hạn chế, nên nội dung trình bày luận khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận đánh giá phê bình thầy Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên thực Nguyễn Văn Trường Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN .11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Mục đích 12 1.3 Nội dung đề tài 12 CHƯƠNG HỆ THỐNG MIMO VÀ MIMO MC-CDMA 13 2.1 Hệ thống MIMO 13 2.1.1 Giới thiệu chương 13 2.1.2 Khái niệm mơ hình hệ thống MIMO 13 2.1.3 Hạn chế kênh truyền không dây 15 2.1.4 Ưu điểm hệ thống 16 2.1.5 Cơ sở lý thuyết MIMO 17 2.1.5.1 Kỹ thuật phân tập 17 2.1.5.2 Độ lợi hệ thống MIMO .19 2.1.6 Dung lượng kênh MIMO 21 2.1.6.1 Dung lượng hệ thống SISO 21 2.1.6.2 Dung lượng kênh SIMO 21 2.1.6.3 Dung lượng kênh MISO 22 2.1.6.4 Dung lượng hệ thống MIMO 22 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA 2.1.7 Phương pháp mã hóa khơng gian thời gian 28 2.1.7.1 Giới thiệu 28 2.1.7.2 Mơ hình hệ thống 29 2.1.7.3 Mã khối không gian - thời gian STBC .30 2.1.7.4 Mã lưới không gian - thời gian STTC .35 2.1.7.5 So sánh STBC STTC 42 2.1.7.6 Mã BLAST .42 2.1.8 Hệ thống anten MIMO 46 2.2 Hệ thống CDMA 47 2.2.1 Giới thiệu 47 2.2.2 Nguyên lý kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 48 2.2.3 Kỹ thuật trải phổ 49 2.2.3.1 Giới thiệu 49 2.2.3.2 Các kỹ thuật trải phổ 50 2.2.3.3 Kỹ thuật trải phổ phương pháp nhảy tần số 53 2.2.3.4 Các chuỗi trải phổ 55 2.2.4 Hiệu hệ thống DS/SS 57 2.2.4.1 Ảnh hưởng tạp âm trắng .57 2.2.4.2 Ảnh hưởng nhiễu giao thoa 59 2.2.4.3 Truyền đa tia 60 2.2.5 Hệ thống DS – CDMA (Direct Spread – Code Division Multiple Access) 61 2.3 Hệ thống MIMO MC - CDMA .65 2.3.1 Tổng quan… 65 2.3.2 Hệ thống MIMO MC-CDMA 68 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA CHƯƠNG 3: ĐỒNG BỘ CHO HỆ THỐNG MIMO MC - CDMA .74 3.1 Giới thiệu 74 3.2 Đồng cho hệ thống DS-CDMA 81 3.2.1 Nguyên lý…… 81 3.2.2 Ảnh hưởng nhiễu nhiệt 82 3.3 Đồng hệ thống MIMO MC - CDMA .83 3.3.1 Đồng cho hệ thống DS 83 3.3.1.1 Nguyên lý 83 3.3.1.2 Đồng hệ thông MIMO MC-CDMA 84 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 86 4.1 Một số kết mơ phóng hệ thống vô tuyến 86 4.2 Mô dung lượng hệ thống MIMO MC - CDMA .88 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Hình trực quan hệ thống MIMO 13 Hình 2: Hệ thống MIMO 14 Hình 3: Minh họa phân tập thời gian 18 Hình 4: Ghép kênh giúp tăng tốc độ truyền dẫn .20 Hình 5: Phân tập không gian giúp cải thiện chất lượng hệ thống .20 Hình 6: N kênh truyền nhiễu Gauss trắng song song 24 Hình 7: Hệ kênh truyền nhiễu trắng song song tương đương 25 Hình 8: Sơ đồ hệ thống MIMO biết CSI nơi phát thu .25 Hình 9: Định lý Waterfalling .26 Hình 10: Phân bố công suất SNR cao 27 Hình 11: Phân phối công suất SNR thấp .27 Hình 12: Sơ đồ hệ thống MIMO mã không gian thời gian 30 Hình 13: Sơ đồ Alamouti anten phát anten thu 31 Hình 14 Các symbol phát thu sơ đồ Alamouti 31 Hình 15: Sơ đồ Alamouti anten phát M anten thu .32 Hình 16: Cấu trúc mã STTC 37 Hình 17: Bộ mã hóa STTC cho hệ thống anten phát 39 Hình 18: Mã STTC với anten phát trạng thái 40 Hình 19: Mơ hình máy phát H-BlAST 44 Hình 20: Mơ hình máy phát V – BLAST 44 Hình 21: Mơ hình máy phát D-BLAST .45 Hình 22: Mơ hình đồ thị phương hướng anten MIMO .47 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 23: Quá trình trải phổ nén phổ kỹ thuật CDMA 48 Hình 24: Hệ thống thông tin trải phổ .49 Hình 25: Sơ đồ khối điều chế giải điều chế DS - SS 51 Hình 26: Phổ tín hiệu trước sau trải phổ 52 Hình 27: Dạng sóng tín hiệu trước trải phổ sau trải phổ 53 Hình 28: Phổ tín hiệu FH – SS 53 Hình 29: Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu FH - SS .54 Hình 30: Truyền tín hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian 54 Hình 31: Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu TH - SS 55 Hình 32: Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên .56 Hình 33: Đồ thị hàm tự tương quan chuỗi PRBS 56 Hình 34: Sơ đồ khối tạo khối thu tín hiệu DS/SS BPSK 59 Hình 35: Mơ hình đơn giản hệ thống DSSS gồm K người sử dụng chung băng tần với sóng mang fc điều chế BPSKError! Bookmark not defined Hình 36: FER PEP hiệu suất hệ thống MIMO MC-CDMA truy cập tối đa 69 Hình 37: Hiệu suất BER hệ thống MIMO MC-CDMA MIMO OFDMA truy cập tối đa truy cập không tối đa 70 Hình 38: FER PEP thực hệ thống MIMO MC-CDMA MIMO OFDMA truy cập tối đa 71 Hình 39: Hiệu suất BER MIMO MC-CDMA MIMO OFDMA 72 Hình 1: Minh họa ba chế truyền sóng vơ tuyến .77 Hình 2: Fading Rayleigh máy thu di chuyển tần số 900MHz 78 Hình 3: Sự trải trễ đa đường 80 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 4: Dạng sóng d(t), g(t) d(t)g(t) .81 Hình 5: Dạng sóng d(t), g(t) d(t)g(t) .84 Hình 6: Quá trình trải phổ thu phát 84 Hình 7: Hiệu suất BER hệ thống MIMO MC-CDMA trường hợp lượng người dùng truy cập tối đa không tối đa 85 Hình 1: Các hệ thống vơ tuyến 86 Hình 2: Hệ thống MIMO 87 Hình 3: Hệ thống MIMO-VBLAST 87 Hình 4: Hệ thống MIMO-VBLAST đa anten 88 Hình 5: Hiệu suất hệ thống MIMO MC- CDMA có nhiều người truy cập 89 Hình 6: Tỷ lệ lỗi bít MIMO MC-CDMA v MIMO OFDMA có nhiều người truy cập .90 Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT NỘI DUNG Ý NGHĨA AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân C/I Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang nhiễu CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp (I)DFT (Inverse) Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc (ngược) DSP Digital Signal Processing Bộ xử lý tín hiệu số FDD Frequency Division Duplexing Ghép kênh song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn GI Guard Interval Dải bảo vệ ICI Inter Channel Interference Nhiễu xuyên kênh (I)FFT (Inverse) Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh thuận (đảo) ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự LS Least Square Bình phương nhỏ LMMSE Least Minimum Mean Squared Error Lỗi quân phương tối thiểu tuyến tính LOS Line of Sight Tuyến truyền dẫn thẳng MUX Multiplex Đa hợp Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Sự che khuất tín hiệu xảy có vật cản máy phát máy thu Vật cản tịa nhà, đồi …Sự che khuất yếu tố môi trường quan trọng gây suy giảm Hiệu ứng đa đường * Fading Rayleigh Trong liên kết vô tuyến, tín hiệu RF bị phản xạ nhiều vật thể khác đồi, tòa nhà, phương tiện làm tăng số tuyến truyền dẫn thu Tại thu tín hiệu thu xếp chồng tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ Pha tương đối tín hiệu phản xạ tăng cường suy giảm nhiễu thu làm mức tín hiệu thu biến đổi (từ 10-30dB) khoảng ngắn (thường nửa bước sóng) Do tượng cịn gọi fading nhanh Hình 2: Fading Rayleigh máy thu di chuyển tần số 900MHz * Fading lựa chọn tần số Trong truyền dẫn vơ tuyến đáp ứng tần số kênh truyền khơng phẳng Trong đáp ứng có chỗ trũng phản xạ gây việc xóa bỏ số thành phần tần số thu Sự phản xạ Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 78 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA vật thể gần tạo tín hiệu đa đường có cơng suất tương tự tín hiệu trực tiếp, làm xuất chỗ trũng cơng suất tín hiệu thu Đối với truyền dẫn băng hẹp, chỗ trũng xảy tần số truyền dẫn tồn liệu bị Trong truyền dẫn băng thông rộng, băng thông truyền dẫn chia thành nhiều băng hẹp, có liệu sóng mang rơi vào chỗ trũng fading bị chúng khơi phục kỹ thuật sửa lỗi trước Bằng phương pháp khắc phục fading lựa chọn tần số Sự trải trễ Tín hiệu vơ tuyến nhận từ máy phát thường bao gồm tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ Do chiều dài đường khác nên trễ truyền dẫn khác dẫn đến tín hiệu phản xạ đến thu thời điểm khác muộn so với tín hiệu trực tiếp, lượng tín hiệu thu bị trải Sự trải trễ trải thời gian thời điểm đến tín hiệu đa đường tín hiệu đa đường cuối quan sát thu Trong hệ thống số, trải trễ gây nhiễu liên tín hiệu ISI Đó tín hiệu đa đường bị trễ chồng lấn lên ký hiệu phía sau ISI gây lỗi nghiêm trọng hệ thống tốc độ bít cao, đặc biệt sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Hình 3.2 mơ tả ảnh hưởng ISI lên tín hiệu thu gây trải trễ Tốc độ truyền tăng ISI tăng Hiệu ứng trở thành quan trọng trải trễ lớn khoảng 50% độ rộng ký hiệu Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 79 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 3: Sự trải trễ đa đường Hiệu ứng Dopler Khi máy phát máy thu di chuyển tương tần số tín hiệu mà máy thu thu không giống với tần số máy phát Khi máy phát máy thu di chuyển phía tần số tăng, cịn chúng lại gần tần số lại giảm Hiệu ứng gọi hiệu ứng Dopler Hiệu ứng Dopler quan trọng phát triển hệ thống vô tuyến di động Độ dịch tần số hiệu ứng Dopler phụ thuộc vào vận tốc truyền sóng chuyển động tương đối máy phát máy thu Độ dịch Dopler miền tần số tính theo cơng thức sau: ∆f = ± f υ c cos α (3.4) Trong ∆f thay đổi tần số nguồn phát quan sát máy thu, υ vận tốc tương đối máy phát máy thu, f tần số nguồn phát, c vận tốc ánh sáng, α góc phương tới tín hiệu nhận phương chuyển động Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 80 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Sự dịch chuyển Dopler gây vấn đề nghiêm trọng kỹ thuật truyền dẫn nhạy cảm với độ dịch tần số vận tốc tương đối máy phát máy thu lớn OFDM kỹ thuật truyền dẫn nhạy cảm với độ dịch tần số, thực hệ thống cần ý đến hiệu ứng Dopler 3.2 Đồng cho hệ thống DS-CDMA 3.2.1 Nguyên lý Một tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp tín hiệu mà biên độ tín hiệu điều chế trước điều chế lại lần chuỗi nhị phân NRZ có tốc độ cao Giả sử tín hiệu gốc là: s(t) =g(t)v(t)=2Ps g(t)d(t)cosα0t (3.5) Hình 4: Dạng sóng d(t), g(t) d(t)g(t) với g(t) chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PN có giá trị Chuỗi g(t) tạo phương pháp xác định lặp lại có chu kỳ Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 81 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA chiều dài chuỗi trước lặp lại dài nên người ta xem g(t) chuỗi ngẫu nhiên, tức khơng có liên hệ giá trị bit với giá trị bit khác Hơn nữa, tốc độ bit g(t) fc >> fb (tốc độ bit chuỗi liệu) Hay nói g(t) phân chia bit d(t) thành chip nên tốc độ g(t) gọi tốc độ chip (chip rate) tốc độ d(t) gọi tốc độ bit (bit rate) Băng thông tín hiệu v(t) 2fb băng thơng tín hiệu trải phổ 2fc nên phổ tín hiệu trải theo tỷ số fc/fb Vì cơng suất phát hai tín hiệu v(t) s(t) nên mật độ phổ công suất Gs(f) giảm theo tỷ số fb/fc Trước tiên, đầu thu, tín hiệu thu r(t) nhân với chuỗi g(t) sau sóng mang: 3.2.2 Ảnh hưởng nhiễu nhiệt Ta thấy kỹ thuật trải phổ triệt ảnh hưởng tín hiệu giao thoa xác định, ta cần xét xem hệ thống có bị ảnh hưởng nhiễu nhiệt hay không Ở hệ thống trên, dạng sóng liệu d(t) chuỗi bit NRZ có giá trị +1 -1 tốc độ fb dạng sóng chuỗi giả ngẫu nhiên có giá trị +1 -1 tốc độ fc Trên đường truyền, tín hiệu đầu vào hệ thống nhân hai lần với g(t) g(t)g(t) = nên khơng có ảnh hưởng đến tín hiệu nhận Nhiễu n(t) xâm nhập vào kênh máy thu bị trải phổ g(t) trước đến tích phân Điều có nghĩa sau khoảng ngẫu nhiên, cực sóng nhiễu bị đảo ngược lần Sự đảo cực không ảnh hưởng đến mật độ phổ công suất hay hàm mật độ xác suất nhiễu Gauss Do tín hiệu đặc tính nhiễu không bị ảnh hưởng kỹ thuật trải phổ Giống hệ thống BPSK khơng có trải phổ, xác suất lỗi Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 82 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA 3.3 Đồng hệ thống MIMO MC - CDMA Đồng tín hiệu trải phổ đầu thu cần yêu cầu ba loại đồng bộ: Đồng sóng mang pha (khơi phục sóng mang) Đồng bit (khôi phục định thời bit) Đồng chuỗi giả ngẫu nhiên Đối với hệ thống không kết hợp, hệ thống giải điều chế FSK DPSK khơng kết hợp, khơng cần mạch phục hồi sóng mang, q trình giải điều chế tiến hành giải điều chế sai phân Còn hệ thống kết hợp phải yêu cầu ba loại đồng Quá trình đồng tiến hành qua hai giai đoạn: Đồng thô (coarse synchronization) Tinh chỉnh đồng (fine synchronization) 3.3.1 Đồng cho hệ thống DS 3.3.1.1 Nguyên lý Một tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp tín hiệu mà biên độ tín hiệu điều chế trước điều chế lại lần chuỗi nhị phân NRZ có tốc độ cao với g(t) chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PN có giá trị Chuỗi g(t) tạo phương pháp xác định lặp lại có chu kỳ chiều dài chuỗi trước lặp lại dài nên người ta xem g(t) chuỗi ngẫu nhiên, tức khơng có liên hệ giá trị bit với giá trị bit khác Hơn nữa, tốc độ bit g(t) fc >> fb (tốc độ bit chuỗi liệu) Hay nói g(t) phân chia bit d(t) thành chip nên tốc độ g(t) gọi tốc độ chip (chip rate) tốc độ d(t) gọi tốc độ bit (bit rate) Băng thơng tín hiệu v(t) 2fb băng thơng tín hiệu trải phổ 2fc nên phổ tín hiệu trải theo tỷ số fc/fb Vì cơng suất phát hai tín hiệu v(t) s(t) nên mật độ phổ công suất Gs(f) giảm theo tỷ số fb/fc Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 83 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 5: Dạng sóng d(t), g(t) d(t)g(t) Q trình trải phổ, thu phát: Hình 6: Quá trình trải phổ thu phát 3.3.1.2 Đồng hệ thông MIMO MC-CDMA Trong hình 3.7 xem xét hiệu suất BER mức độ hệ thống MMSE MC-CDMA trường hợp người truy cập trường hợp số người truy cập tối đa hệ thống Đối với trường hợp người truy cập, OSSMIC hệ thống OSIC thực 1,3 dB dB tốt tương ứng so với trường hợp số lượng người truy cập tối đa tương ứng BER = 0.001 Quan trọng hơn, trường hợp truy cập không tối đa, OSSMIC thực 1,8 dB tốt so với hệ thống MMSE MC-CDMA Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 84 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA tỷ lệ lỗi bít BER Ngoài ra, chuỗi PN người dùng khác biết đến máy dò OSSMIC, OSSMIC đạt thêm 1,2 dB cải thiện cho trường hợp truy cập không tối đa trường hợp truy cập tối đa tương ứng Hình 7: Hiệu suất BER hệ thống MIMO MC-CDMA trường hợp lượng người dùng truy cập tối đa không tối đa Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 85 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Một số kết mơ phóng hệ thống vô tuyến SO SANH BER GIUA SISO-SIMO-MISO-MIMO 10 SISO SIMO(1Tx,2Rx) MISO(2Tx,1Rx) MISO(3Tx,1Rx) MIMO(2Tx,2Rx) -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 10 12 Eb/No (dB) 14 16 18 20 Hình 1: Các hệ thống vơ tuyến Quan sát hình 4.1, ta thấy tỉ lệ bit lỗi hệ thống SIMO (dùng MMRC ), MISO, MIMO (sử dụng mã hóa STBC) cho chất lượng tốt truyền với hệ thống SISO Nếu hệ thống MISO, MIMO không sử dụng kỹthuật tối ưu trên, tỉ lệ bit lỗi khơng cải thiện hình thức truyền thực chất việc chia cơng suất phát anten Hệ thống MISO(2Tx, 1Rx) có BER cao so với SIMO cơng suất phát anten=1/2 so với hệ thống SIMO, công suất phát hệ thống MISO cho chất lượng tốt Hiện hệ thống SIMO ngày sử dụng Vì việc thiết kế nhiều anten máy thu làm cồng kềnh thiết bị tính thẩm mỹ, mà chất lượng hệ thống MISO đáp ứng được, đồng thời với viêc đời MIMO với ưu điểm thay dần hệ thống SIMO Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 86 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA SO SANH BER HE THONG MIMO 10 MIMO(2Tx,2Rx) MIMO(2Tx,4Rx) MIMO(3Tx,4Rx) MIMO(4Tx,4Rx) -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 -5 10 12 10 Eb/No (dB) 14 16 18 20 Hình 2: Hệ thống MIMO Hình 4.2 cho thấy hệ thống MIMO sử dụng nhiều anten cho chất lượng tốt nhiều so với hệ thống MIMO sử dụng anten Với số lượng anten lớn chất lượng tăng, nhiên thiết bị cồng kềnh hơn, địi hỏi việc thiết kế phải tốt Hình 3: Hệ thống MIMO-VBLAST Một kỹ thuật đơn giản, làm tăng dung lượng hệ thống MIMO kỹ thuật V-BLAST giới thiệu phần lý thuyết Ta tiến hành mô kỹ Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 87 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA thuật V-BLAST với loại điều chế khác giải thuật thu khác nhau, từ ta thấy tối ưu Từ đồ thị ta thấy tăng số mức điều chế BER tăng theo, đồng thời sử dụng giải thuật MMSE tốt ZF Tuy nhiên BER giải thuật MMSE ZF có SNR lớn tỉ lệ bit lỗi tiến tới gần HE THONG MIMO VBLAST(2Tx,2Rx) 10 VBLAST-QPSK(2Tx-2Rx) VBLAST-QPSK(3Tx-3Rx) VBLAST-QPSK(4Tx-4Rx) BER 10 -1 10 -2 10 SNR [dB] 10 12 14 16 Hình 4: Hệ thống MIMO-VBLAST đa anten Q trình mơ hình 4.4 cho ta thấy được, sử dụng nhiều anten để tăng dung lượng hệ thống chất lượng đường truyền giảm theo tương ứng 4.2 Mô dung lượng hệ thống MIMO MC - CDMA Các hệ thống trước số người truy cập lúc tối đa người Với nghiệm phần mềm mơ phóng kết cho thấy hai MMSE OFDMA MMSE OSSMIC thu tốt MMSE OSIC Vì kích thước MMSE lớn nhiều so với kích thước ma trận lọc MMSE cho OFDMA cấp chip MC-CDMA, tiếng ồn nhiễu lớn chất lượng tín hiệu Để khắc phục vấn đề cần tới hệ thống MIMO MC-CDMA Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 88 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 5: Hiệu suất hệ thống MIMO MC- CDMA có nhiều người truy cập Cho lúc người truy cập lúc thống MIMO MC-CDMA, số lượng chip khung mã hóa cho MC-CDMA số lượng ký tự cho khung hình cho OFDMA 128 Kích thước FFT coi tương tự số lượng sóng mang con, Ns = 128 Khối tin có kích thước P × K cho OFDMA G × P cho MC-CDMA Trong hình 4.6 xem xét hiệu suất lỗi bít BER hệ thống MC-CDMA OFDMA có người truy cập trường hợp có tối đa số người truy cập lúc Kết cho thấy hiệu suất BER tốt ZF OFDMA ZF OSSMIC Điều khoảng đệm áp dụng cho OFDMA , biểu tượng liên tiếp truyền với sóng mang xen kẽ , có lợi kênh đa dạng Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 89 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA Hình 6: Tỷ lệ lỗi bít MIMO MC-CDMA v MIMO OFDMA có nhiều người truy cập Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 90 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA KẾT LUẬN Việc nghiên cứu hệ thống MIMO, CDMA MIMO MC - CDMA cần thiết cho công nghệ truyền thông tương lai Đồng mã PN cho hệ thống MIMO MC - CDMA khắc phục nhiều vấn đề truyền thông tốc độ cao đặc biệt cải thiện nhiễu nhiều người dùng truy nhập vào lúc khơng ảnh hướng tới băng tần truyền dẫn Công nghệ truy nhập phân chia theo mã (CDMA) công nghệ đại cho truyền thông tương lai Hiện việc nghiên cứu ứng dụng CDMA không ngừng nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng ưu điểm việc tiết kiệm băng tần khả chống lại fading chọn lọc tần số xuyên nhiễu băng hẹp Để đáp ứng nhu cầu lớn dung lượng tốc độ truyền dẫn, người ta kết hợp hệ thống CDMA hệ thống đa đầu vào đa đầu MIMO ( Multi Input - Multi Output ) đem lại nhiều ưu điểm vượt trội Nội dung luận văn đề cập tới phương thức đồng hệ thống MIMO MC CDMA Trên thực tế, vấn đề việc sử dụng anten gì, cách bố trí anten, điều kiện bước sóng sóng mang… hệ thống MIMO MC - CDMA vấn đề quan trọng Hướng phát triển đề tài: • Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống Wavelet MIMO-CDMA • Nghiên cứu phương thức đồng mã PN cho hệ thống MIMO MC – DS - CDMA • Nghiên cứu kĩ thuật ước lượng 2D MMSE Có kết trên, ngồi nỗ lực thân, em nhận quan tâm, giúp đỡ, bảo tận tình thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Trung suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cám ơn! Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 91 Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đức, (2006), Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM , NXB Khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Văn Đức, Vũ Văn Yêm, Đào Ngọc Chiến, Nguyễn Quốc Khương, Nguyễn Trung Kiên , (2006), Thông tin vô tuyến , NXB Khoa học kỹ thuật [3] Trần Trung Dũng, Nguyễn Thúy Anh (2007) , Lý thuyết truyền tin, NXB Khoa học kỹ thuật [4] The OFDM advantage – adc.com [5] Volker Kiihn, (2006), Wireless Communications over MIMO Channels, John Wiley & Sons, Ltd, University Rostock, Germany [6] Kun Fang, Greet Leus and Luca Rugini, Alamouti Space – Time Code OFDM Systems in Time- and Frequency- Seclective Channels, University of Perugia, Italy [7] Hamid Jafarkhani, (2005), Space-Time Coding Theory and Practice, Cambrige University Press [8] Steven T.Karris, Fouth Edition, Signals and Systems with MATLAB Computing and Simulink Modeling , Orchard Publications [9] http://www.mathworks.com [10] http://www.google.com.vn Học viên: Nguyễn Văn Trường 2012B 92 ... Trường 2012B Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC - CDMA CHƯƠNG 3: ĐỒNG BỘ CHO HỆ THỐNG MIMO MC - CDMA .74 3.1 Giới thiệu 74 3.2 Đồng cho hệ thống DS -CDMA ... Chương 2: Hệ thống MIMO MIMO MC – CDMA Đây chương lý thuyết sở luận văn, chương trình bày tổng quan hệ thống MIMO, MC- CDMA, MIMO MC- CDMA kết hợp hệ thống Chương 3: Đồng hệ thống MIMO MC – CDMA Chương... tải hệ thống 1.2 Mục đích Tìm hiểu hệ thống MIMO MC - CDMA Nghiên cứu phương thức đồng cho hệ thống MIMO MC – CDMA Xây dựng mơ hình tính tốn Tổng hợp phương pháp tính tốn đưa đề xuất Mơ hệ thống