Mimo OFDM khả năng ứng dụng trong thông tin vô tuyến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Tiêu Mạnh Cường MIMO OFDM Khả ứng dụng thông tin vô tuyến LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VŨ THẮNG Hà Nội – 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC i THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH VẼ viii LỜI NÓI ĐẦU x Chương KỸ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Lịch sử OFDM 1.2 Khái niệm chung 1.2.1 Hệ thống đa sóng mang 1.2.2 Ghép kênh phân chia theo tần số FDM 1.2.3 Tín hiệu trực giao 1.3 Sơ đồ hệ thống OFDM băng sở 1.4 Cơ sở toán học 1.4.1 Trực giao 1.4.2 IFFT/FFT 1.5 Các kỹ thuật OFDM 1.5.1 Sơ đồ điều chế/Giải điều chế 1.5.2 Mã hoá kênh 11 1.5.3 Sắp xếp 12 1.5.4 Kỹ thuật IFFT/FFT OFDM 12 1.5.5 Tiền tố lặp CP 14 1.5.6 Ước lượng kênh 16 1.6 Đồng hệ thống OFDM 21 1.6.1 Nhận biết khung 21 1.6.2 Ước lượng khoảng dịch tần số 22 1.6.3 Bám đuổi lỗi thặng dư FOE 24 1.7 Đánh giá kỹ thuật OFDM 26 1.7.1 Ưu điểm 26 i MỤC LỤC 1.7.2 Nhược điểm 27 1.8 Kết luận chương 27 Chương KỸ THUẬT MIMO 28 2.1 Giới thiệu 28 2.1.1 Lịch sử hệ thống MIMO 28 2.1.2 Ưu điểm kỹ thuật MIMO 29 2.1.3 Khuyết điểm hệ thống MIMO 29 2.2 Dung lượng kênh truyền hệ thống MIMO 30 2.3 Các kỹ thuật phân tập 32 2.3.1 Phân tập thời gian 33 2.3.2 Phân tập tần số 34 2.3.3 Phân tập không gian 34 2.3.4 Các độ lợi hệ thống MIMO 36 2.3.5 Các phương pháp kết hợp phân tập 37 2.4 Kỹ thuật mã hóa khơng gian thời gian hệ thống MIMO 45 2.4.1 Mã khối không gian thời gian STBC 45 2.4.2 Mã lưới không gian thời gian STTC 47 2.5 Mơ hình hệ thống MIMO 49 2.5.1 Sơ đồ mã hóa Alamouti 50 2.5.2 Mã hóa Alamouti mở rộng 52 2.5.3 Mơ hình V-BLAST 54 2.6 Kết luận chương 67 Chương Kỹ thuật MIMO-OFDM mô hệ thống 68 3.1 Giới thiệu 68 3.2 Hệ thống MIMO-OFDM 68 3.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM 68 3.2.2 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti 70 3.2.3 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM V-BLAST 74 3.3 Mô hệ thống MIMO-OFDM 78 ii MỤC LỤC 3.3.1 Giới thiệu nội dung mô 78 3.3.2 Các thông số mô 78 3.3.3 Lưu đồ sơ đồ thuật tốn chương trình mơ 80 3.3.4 Kết mô đánh giá 83 3.4 Kết luận chương 87 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A AMPS Advance Mobile Phone Service AWGN Addition White Gaussian Noise B BER Bit Error Rate BLAST Bell labs Layered Space Time C CDMA Code Division Multiple Access CP Cyclic Prefix CNR Carrier Noise Rate CSI Channel State Information D DFT Discrete Fourier Transform E EGC Equal Gain Combiner F FDMA Frequency Division Multiple Access FEC Forward Error Correcting FFT Fast Fourier Transform G GSM Global System For Mobile Communication I IS-95 Interim Standard 95 IS-136 Interim Standard 136 ISI InterSymbol Interference ITU International Telecom Union IDFT Inverse Discrete Fourier Transform iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT IFFT Inverse Fast Fourier Transform ICI InterChannel Interference M MS Mobile Station MIMO Multi Input Multi Output MMSE Minimum Mean Square Error MRC Maximum Ratio Combiner ML Maximum Likelihood N NMT450 Nordic Mobile Telephone 450 NTT Nipon Telegraph and Telephone O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P PDC Personal Digital Cell PSK Phase Shift Keying PAPR Peak to Average Power Ratio PSAM Pilot Signal Assisted Modulation PLL Phase Lock Loop pdf Power Density Function Q QAM Quadrature Amplitude Modulation R RS Reed-Solomon code S SC Selection Combiner STC Space Time Coding STBC Space Time Block Coding STTC Space Time Trellis Coding v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SNR Signal to Noise Ratio T TACS Total Access Communication System TDMA Time Division Multiple Access TC Turbo convolutional code W WCDMA Wideband CDMA WIFI Wireless Fidelity WIMAX World Interoperability Microwave Access vi DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1[7] Cấu trúc hệ thống đa sóng mang Hình 1.2[7] Ghép kênh phân chia theo tần số Hình 1.3[7] Tín hiệu OFDM có sóng mang Hình 1.4 [7] Phổ tín hiệu OFDM với sóng mang Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 1.6[2] Biểu đồ khơng gian tín hiệu QPSK Hình 1.7[2] Chùm tín hiệu M-QAM 10 Hình 1.8[22] Chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu OFDM 15 Hình 1.9: Đáp ứng xung kênh truyền môi trường truyền đa đường 15 Hình 1.10: Tín hiệu Pilot miền thời gian tần số 17 Hình 1.11: Tín hiệu pilot miền tần số 18 Hình 2.1: Mơ hình hệ thống MIMO 28 Hình 2.2 : Chuyển đổi kênh truyền MIMO thành kênh truyền song song 31 Hình 2.3 Mơ hình phân tập NT >NR 31 Hình 2.4 Mơ hình phân tập NT