[123doc] - do-an-ky-thuat-mimoofdm-co-code-va-file-mo-phong-matlab

Lời cam đoan Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án cơng trình có từ trước LANGTUDONCOI MỤC LỤC 1.3.1 Kỹ thuật phân tập .10 Chương 3: Hệ Thống MIMO 27 3.1 Giới Thiệu chương 27 3.2 Hệ thống MIMO .27 3.2.2 Dung lượng hệ thống MIMO 29 3.3 Mã Hóa Khơng Gian-Thời Gian STC 30 3.3.1 Mã hóa khơng gian thời-gian khối STBC 30 3.3.2 Mã hóa khơng gian-thời gian lới STTC 35 3.4 Mã hóa khơng gian-thời gian lớp BLAST .36 3.4.1 Kiến trúc V-BLAST 36 3.4.2 Giải mã tín hiệu V-Blast .37 Chương 4: Hệ thống MIMO-OFDM 41 4.1 Giới Thiệu .41 4.2 Hệ thống MIMO-OFDM 41 4.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM 41 4.2.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti .43 LANGTUDONCOI CÁC TỪ VIẾT TẮT Danh sách từ viết tắt A/D Analog to Digital AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BLAST Bell-Laboratories Layered Space-Time Code BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CDM Code Division Multiplexing CP Cyclic Prefix D/A Digital to Analog DFT Discrete Fourier Transform FDM Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform ICI InterCarrier Interference IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform I.I.D Independent and Identically Distributed ISI InterSymbol Interference LAN Local Area Network LOS Light Of Sight LPF Low Pass Filter MIMO Multiple Input Muliple Output MISO Multiple Input single Output ML Maximum Likelihood MMSE Minimum Mean Sqare Error MS Mobile Station OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P/S Parallel to Serial LANGTUDONCOI CÁC TỪ VIẾT TẮT PAPR Peak to Average Power Ratio QAM Quadrature Amplitute Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying RF Radio Frequency SIMO Single Input Multiple Output SISO Single Input Single Output S/P Serial to Parallel SC Single Carrier Communication STBC Space-Time Block Code V-BLAST Vertical-Bell-Laboratories Layered Space-Time ZF Zero-Forcing LANGTUDONCOI MỞ ĐẦU Mở đầu Trong năm gần đây, kỹ thuật viễn thông ngày phát triển đặc biệt thông tin vô tuyến ngày quan trọng sống đại ngày Tuy nhiên, việc truyền thông tin môi trường vô tuyến lại chịu tác động nhiều từ môi trường, với việc hạn chế băng thơng cơng suất Vì để hạn chế tác động môi trường, với khả sử dụng tài ngun vơ tuyến cách có hiệu Người ta ứng dụng kỹ thuật ghép kênh tiên tiến TDM,FDM,CDM…, kết hợp với phương pháp khác để cải thiện chất lượng kênh truyền vô tuyến dùng mã tối ưu, anten thông minh, phân tập Một kỹthuật tiên tiến, có hiệu ứng dụng nhiều thực tế hệ thống MIMO Việc sử dụng kỹ thuật hệ thống MIMO cải thiện chất lượng kênh truyền cách đáng kể, nâng cao dung lượng hệ thống thông tin làm cho tốc độ truyền dẫn cao Đồng thời, để sử dụng kênh truyền có hiệu hơn, người ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh có nhiều ưu điểm vượt trội kỹ thuật OFDM Với cơng nghệ OFDM ta truyền tín hiệu với tốc độ cao, việc sử dụng băng thông cách tối ưu hơn, có khả chống số loại nhiễu Vì mục đích đề tài giới thiệu tìm hiểu hệ thống MIMO-OFDM, Cùng với việc xây dựng lưu đồ thuật toán, mơ phân tích vấn đề nêu lý thuyết Nội dung đồ án bao gồm chương sau: Chương : Các vấn đề kênh truyền vô tuyến Chương 2: Kỹ thuật OFDM Chương 3: Hệ thống MIMO Chương : Hệ thống MIMO-OFDM Chương 5: Mô hướng phát triển LANGTUDONCOI CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN Chương : Các vấn đề kênh truyền vô tuyến 1.1 Giới thiệu Đây chương giới thiệu nhân tố ảnh hưởng đến kênh truyền vô tuyến hay gặp, mô tả cách trực quan Đồng thời đưa cách khắc phục tốt 1.2 Các vấn đề kênh truyền vô tuyến 1.2.1 Tài nguyên vô tuyến Kênh truyền vô tuyến tài nguyên quốc gia, cần sử dụng cách có hiệu Tài ngun vơ tuyến hiểu dãi tần số cấp phát giới hạn cố định cho mục đích cụ thể truyền hình, phát thanh, thơng tin di động Vì vậy, để sử dụng tài ngun vơ tuyến cách có hiệu người ta đưa phương pháp ghép kênh khác TDM,FDM,OFDM,SDM… 1.2.2 Suy hao kênh truyền Tại anten phát, sóng vơ tuyến truyền theo hướng Khi dùng anten định hướng để truyền tín hiệu, sóng mở rộng theo dạng hình cầu mật độ lượng tập trung vào vùng ta thiết kế.Vì mật độ cơng suất sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách ta có cơng suất tín hiệu thu truyền không gian tự do:  λ  PR = PT GT G R    4π R  ( 1.1 ) Trong : PT ,PR công suất phát,thu (Watts) GT độ lợi anten phát, GR độ lợi anten thu λ bước sóng sóng mang vơ tuyến (m) R khoảng cách truyền dẫn tính mét Gọi Lpt hệ số suy hao việc truyền dẫn không gian tự do:  4πR   PtGtGr    =10log10   λ   Pr  Lpt(dB)=10log10  LANGTUDONCOI ( 1.2 ) CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN Hình 1.1 Suy hao theo khoảng cách 1.2.3 Các loại nhiễu -Nhiễu trắng Gaussian: Nhiễu trắng tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố cơng suất phẳng nghĩa tín hiệu nhiễu có cơng suất tồn khoảng băng thơng Chúng ta tạo nhiễu trắng theo lý thuyết theo định nghĩa nó, nhiễu trắng có mật độ phổ cơng suất phân bố khoảng tần vơ hạn phải có công suất vô hạn Tuy nhiên, thực tế, cần tạo nhiễu trắng khoảng băng tần hệ thống xem xét Lưu ý nhiễu Gaussian nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian Hình 1.2 Nhiễu trắng -Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) Hình 1.3 Nhiễu liên kí tự Trong mơi trường truyền dẫn vơ tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác từ hướng khác từ phát đến thu điều tránh khỏi Ảnh hưởng làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu khơng thể khơi phục lại tín hiệu gốc ban đầu LANGTUDONCOI CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần nên kéo dài thời gian truyền ký tự lên nhiều lần Ngoài ra, OFDM chèn thêm khoảng bảo vệ (guard interval - GI), thường lớn thời gian trễ tối đa kênh truyền, hai ký tự nên nhiễu ISI bị loại bỏ hồn tồn -Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference) ICI tượng phổ biến hệ thống đa sóng mang Trong hệ thống OFDM, ICI gọi nhiễu giao thoa sóng mang con, tượng lượng phổ sóng mang chồng lấn mức lên làm phá vỡ tính trực giao sóng mang ICI xảy tính chọn lọc tần số kênh pha đinh, nguyên nhân tượng dịch Doppler tính di động máy thu Có thể hạn chế ICI cách chèn khoảng bảo vệ cách tuần hoàn, dùng cân kênh hỗ trợ hoa tiêu (PSAM) Hình 1.4 Nhiễu ICI OFDM 1.2.4 Fading Tín hiệu phát qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở nhà, núi non, cối … bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ… tượng gọi chung fading Và kết máy thu, ta thu nhiều phiên khác tín hiệu phát Điều ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến Hiện tượng fading hệ thống thơng tin hay gặp phân thành loại sau : Fading phẳng(flat fading), fading chọn lọc tần số(selective fading), fading nhanh (fast fading), fading chậm(slow fading) +Fading phẳng xảy băng thông kênh truyền lớn băng tần tín hiệu Do hệ thống tốc độ thấp có độ rộng băng tần tín hiệu hẹp (hẹp độ rộng kênh truyền) nên chịu ảnh hưởng flat fading Ảnh hưởng flat fading tác LANGTUDONCOI CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN động lên tồn dải tần tín hiệu truyền kênh nhau, việc tính tốn độ dự trữ fading (fading margin) dễ dàng +Fading lựa chọn tần số xảy băng tần tín hiệu lớn băng thơng kênh truyền Do hệ thống tốc độ vừa lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn (lớn độ rộng kênh) chịu nhiều tác động selective fading Tác hại lớn loại fading gây nhiễu lên kí tự -ISI Selective fading tác động lên tần số khác (trong băng tần tín hiệu) khác nhau, việc dự trữ flat fading khơng thể Do để khắc phục nó, người ta sử dụng số biện pháp Phân tập, sử dụng mạch san thích nghi, thường ATDE (Adaptive Time Domain Equalizer), ZF (Zero Forcing) sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER +Fading nhanh (fast fading) hay gọi hiệu ứng Doppler, nguyên nhân có chuyển động tương đối máy thu máy phát dẫn đến tần số thu bị dịch tần delta_f so với tần số phát tương ứng Mức độ dịch tần thay đổi theo vận tốc tương đối (v) máy phát thu (tại t/s phát) Do tượng gọi fading nhanh +Fading chậm (slow fading): Do ảnh hưởng vật cản trở đường truyền VD: tòa nhà cao tầng, núi, đồi…làm cho biên độ tín hiệu suy giảm, cịn gọi hiệu ứng bóng râm (Shadowing) Tuy nhiên, tượng xảy khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Hay khơng ổn định cường độ tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng cho chắn gọi suy hao chậm Vì hiệu ứng gọi Fading chậm (slow fading) Hình 1.5 Hiện tượng fading LANGTUDONCOI CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN 1.3 Các phương pháp tối ưu kênh truyền 1.3.1 Kỹ thuật phân tập Trong thông tin vô tuyến, kỹ thuật phân tập sử dụng rộng rãi cải thiện chất lượng kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát tăng băng tần cần thiết Ý tưởng phân tập nơi thu nhận hai hay nhiều tín hiệu cách độc lập mẫu bị suy giảm độc lập với Điều có nghĩa đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm đường tín hiệu khác khơng bị suy giảm Vì vậy, kết hợp hợp lý khác làm giảm ảnh hưởng fading cải thiện chất lượng đường truyền - Phân tập không gian Phân tập không gian sử dụng nhiều anten xếp không gian phía phát phía thu Trong phân tập khơng gian, phiên tín hiệu phát truyền đến nơi thu anten khác miền khơng gian Hình1.6 Các phương pháp phân tập Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten mà người ta chia phân tập không gian thành loại: phân tập anten phát ( hệ thống MISO), phân tập anten thu ( hệ thống SIMO), phân tập anten phát thu (hệ thống MIMO) 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 hồn 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 có kết hợp hai hay nhiều hệ thống phân tập để có hệ thống phân tập tốt phân tập theo không gian thời gian(STC), phân tập theo không gian tần số (SFC) LANGTUDONCOI ... Serial to Parallel SC Single Carrier Communication STBC Space-Time Block Code V-BLAST Vertical-Bell-Laboratories Layered Space-Time ZF Zero-Forcing LANGTUDONCOI MỞ ĐẦU Mở đầu Trong năm gần đây, kỹ... V-BLAST 36 3.4.2 Giải mã tín hiệu V-Blast .37 Chương 4: Hệ thống MIMO-OFDM 41 4.1 Giới Thiệu .41 4.2 Hệ thống MIMO-OFDM 41 4.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM... 3.3 Mã Hóa Khơng Gian-Thời Gian STC 30 3.3.1 Mã hóa khơng gian thời-gian khối STBC 30 3.3.2 Mã hóa khơng gian-thời gian lới STTC 35 3.4 Mã hóa khơng gian-thời gian lớp BLAST