Mô phỏng ước lượng kênh ls trong hệ thống mimo ofdm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 621.382 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: MÔ PHỎNG ƯỚC LƯỢNG KÊNH LS TRONG HỆ THỐNG MIMO - OFDM Sinh viên thực : NGUYỄN THỊ THƠM Lớp : 51K2- ĐTVT Giảng viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN PHÚC NGỌC NGHỆ AN - 2015 Nghệ An, 11-2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn:…………………………………………………………… Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án này, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Ths.Nguyễn Phúc Ngọc, tận tình hướng dẫn suốt trình viết đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy,Cô khoa Điện Tử-Viễn Thông,Trường Đại Học Vinh tận tình truyền đạt kiến thức 4.5 năm học tập Với vốn kiến thức tiếp thu trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu đồ án mà hành trang quý báu để bước vào đời cách vững tự tin Tôi thầm biết ơn ủng hộ gia đình, bạn bè-những người thân u ln chỗ dựa vững cho Cuối cùng, xin kính chúc q Thầy, Cơ gia đình dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Tôi xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 23 tháng năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thơm MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG MIMO 1.1 Mơ hình kênh MIMO 1.2 Dung lượng kênh truyền MIMO 1.2.1 Dung lượng kênh truyền cố định 1.2.2 Dung lượng kênh truyền Rayleigh pha- đinh .6 1.3 Các phương pháp truyền dẫn kênh truyền MIMO 1.4 Mã không gian-thời gian .8 1.4.1 Giới thiệu .8 1.4.2 Mã khối không gian-thời gian 1.4.3 Mã STBC cho khơng gian tín hiệu thực 11 1.4.4 Mã STBC cho khơng gian tín hiệu phức 15 1.5 Tóm tắt chương .19 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG OFDM 20 2.1 Giới thiệu .20 2.2 Khái niệm chung 21 2.2.1 Hệ thống đơn sóng mang 21 2.2.2 Hệ thống đa sóng mang 22 2.2.3 Tín hiệu trực giao .23 2.3 Mơ hình hệ thống OFDM 24 2.4 Các tín hiệu OFDM tính trực giao 33 2.5 Sự truyền liệu OFDM 34 2.6 Sự tiếp nhận liệu OFDM .36 2.7 Các kỹ thuật OFDM .37 2.7.1.Sơ đồ điều chế/Giải điều chế 37 2.7.2 Kỹ thuật IFFT/FFT OFDM 40 2.7.3 Tiền tố lặp CP 42 2.8 Ước lượng kênh 44 2.9 Kết luận chương 48 CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG KÊNH LS TRONG HỆ THỐNGMIMO-OFDM .49 3.1 Giới thiệu .49 3.2 Mơ hình hệ thống 49 3.3 Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 56 3.3.1 Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM 56 3.3.2 Space-Time Block-Coded OFDM .57 3.4 Ứơc lượng kênh cho hệ thống OFDM-MIMO 62 3.5 MSE - ước lượng least squares 65 3.6 Kết mô .69 3.6.1 Phân tích mơ OFDM với mức M-PSK 69 3.6.2 Phân tích kết thực MIMO-STBC 69 3.7 Kết luận chương 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 76 LỜI NĨI ĐẦU Mạng thơng tin di động có ưu điểm mà mạng có dây khơng có như: tính lưu động, nơi có địa hình phức tạp, khơng gian v v Vì người không ngừng nghiên cứu để cải tiến mạng di động ngày, từ mạng 2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây dựng mơ hình mạng WIFI, WIMAX Song song với hệ giải pháp đưa như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM, MIMO…Mỗi giải pháp có ưu điểm giải pháp cũ phát triển theo xu hướng sau: nâng cao tốc độ liệu, nâng cao chất lượng tín hiệu, mở rộng băng thơng, chất lượng dịch vụ… Trong OFDM MIMO hai kỹ thuật đưa vào thử nghiệm tiếp tục nghiên cứu tương lai OFDM kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, MIMO kỹ thuật sử dụng nhiều anten để truyền nhận liệu OFDM đưa vào ứng dụng thực tế như: truyền hình số, phát số, truyền hình vệ tinh đem lại hiệu đáng kể Còn MIMO kỹ thuật nên trình thử nghiệm nghiên cứu Tuy nhiên, người ta kết hợp hai kỹ thuật MIMO OFDM vào số mơ WiMax, VoWifi tiêu chuẩn 802.16, 802.11n, đem lại kết cao thực tế Bên cạnh thuận lợi hiệu sử dụng phổ tần chất lượng truyền liệu cao, công nghệ MIMO-OFDM yêu cầu việc thực ước lượng kênh truyền vô tuyến đa đường phải đạt độ xác cao trước tiến hành khôi phục liệu phát máy thu di động Chính vai trị quan trọng hệ thống MIMO-OFDM vai trò ước lượng kênh truyền thông tin vô tuyến, chọn đề tài : “Mô ước lượng kênh ls hệ thống MIMO-OFDM ” Mục đích đề tài là: nghiên cứu kênh truyền vơ tuyến, tìm hiểu hệ thống MIMO(đa anten thu-phát), kỷ thuật điều chế OFDM tìm hiểu kết hợp hai hệ thống Và cuối nghiên cứu ước lượng kênh truyền LS đánh giá kênh truyền qua kết mô ngôn ngữ Matlap Để thực đề tài chúng tơi thực nhiệm vụ sau: thu thập, phân tích tài liệu thơng tin liên quan đến đề tài, xây dựng chương trình mơ Thu thập kết số liệu, tiến hành phân tích, so sánh lựa chọn hợp lý kỹ thuật ước lượng nhằm giảm sai khác hàm truyền kênh phát so với kênh thu nhiều nghun nhân q trình truyền dẫn Để có tài liệu cho việc triển khai đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: Tìm hiểu tài liệu qua giáo trình, báo từ tổng hợp lại theo phạm vi đề tài, tìm tài liệu qua trang mạng, diễn đàn, Internet Cấu trúc đồ án, phần mở đầu, phần kết luận tài liệu tham khảo phần nội dung đồ án có ba chương sau đây: Chương Hệ tống MIMO Trong chương trình bày mơ hình kênh MIMO, dung lượng kênh truyền, phương pháp truyền dẫn kênh truyền MIMO Mã khối không gian – thời gian đánh giá trình xảy kênh pha- đinh MIMO Chương Hệ thống OFDM Chương chúng tơi nêu rõ mơ hình hệ thống OFDM kỷ thuật hệ thống, truyền tiếp nhận liệu OFDM, ước lượng kênh miền tần số -thời gian Chương Ước lượng kênh LS hệ thống MIMO-OFDM Trong chương chúng tơi tập chung vào phân tích kết hợp hai hệ thống trên, đưa phương pháp ước lượng kênh ls Cuối phân tích mơ sau so sánh, đánh giá kết đạt TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày mơ hình hệ thống, phân tích khối hệ thống MIMO-OFDM Các phương pháp truyền dẫn kênh truyền vô tuyến, kỹ thuật điều chế hệ thống OFDM Phân tích mã khối khơng gian-thời gian(STBC), phương pháp quan trọng dùng để mã hóa giãi mã tín hiệu kênh truyền MIMO Mơ hình kết hợp hai hệ thống MIMO-OFDM, tính tốn ước lượng kênh, viết chương trình mơ phần mềm Matlap Từ tính tốn, so sánh, phân tích kết mơ phỏng, đánh giá trình bày để tìm phương pháp ước lượng kênh phù hợp cho hệ thống ABSTRACT This thesis presents the system model, analyze the block MIMO-OFDM system The method of transmission over radio channels, the basic modulation technique in OFDM systems Analysis of code space-time block (STBC), an important method used to encrypt and decoded signals on MIMO channels The model combines MIMOOFDM two systems, channel estimation calculated, written simulation programs on software Matlap From the calculated, comparisons, analysis of simulation results, the assessment is presented order to find the channel estimation methods suitable for the system CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt AWGN BER Tiếng anh Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Tiếng việt Tạp âm Gauss trắng cộng Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân BLAST CFR CP Bell Laboratories layered SpaceTime Channel Frequency Response Cyclic Prefix Phịng thí nghiệm Bell lớp Space-Time Kênh Đáp ứng tần số Tiền tố lặp CSI Channel State Information Kênh thông tin State EM Expectation Maximization Tối đa hóa kỳ vọng FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FLOP Floating Point Operation Điểm họa động ICI Inter Channel Interference Sự giao thoa kênh IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược nhanh ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên kí tự LMS Least Mean Square LS Least Square Bình phương trung bình bé Bình phương bé MRC Maximal Ratio Combining Kết hợp độ lợi tối đa MLD Maximum Likehood Detection Tách sóng hợp lệ tối đa MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu MISO Multiple Input Single Output Đa đầu vào đơn đầu ML Maximum Likehood Hợp lẽ cực đại MMSE Minimum Mean Square Error MSE Mean Square Error bình phương lỗi trung ình SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm SIMO Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu Bình phương lỗi trung bình tối thiểu Đơn đầu vào đơn đầu SISO Single Input Single Output STTD Space Time Transmit Diversity STBC Space Time Block Code STE Space Time Encoder STC Space Time Code Mã không gian thời gian STD Switched Transmit Diversity Phân tập phát chuyển mạch SIR Signal to Interference Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu Phân tập phát không gian thời gian Mã khối không gian thời gian Bộ mã hố khơng gian thời gian Hình 3.7 Sự so sánh BER cho cấu hình anten thu khác với điều chế 8PSK Qua hình 3.7 ta thấy ta tăng anten phát lên tỉ lệ BER giảm theo lý thuyết tăng số anten ta phải tăng tuyến tính anten phát anten thu có tỉ lệ BER mong muốn Khi ta tăng anten thu theo tỉ lệ BER tăng lên rõ rệt, điều cho thấy hệ thống MIMO tăng số anten thu-phát theo tỉ lệ BER tăng tăng lại xảy nhiễu đa đường Hình 3.8 Sự so sánh BER cho cấu hình anten thu-phát tăng khác với điều chế 8PSK Sự mô thực dựa sở hệ thống MIMO-OFDM Mt-byMr với N sóng mang phụ chiều dài kênh L Ma trận ẩn số W có kích thước (N x LMt) Cho đơn giản ký hiệu ta biểu thị LMt M Để so sánh chắn, phép tính phức tạp chuyển đổi thành phép tính thực tương đương 71 Bảng 3.2 Các thông số mô cho hệ thống MIMO-OFDM Hệ thống MIMO(STBC)-OFDM # anten nhận Nr # anten truyền Mt Kênh Lựa chọn tần số, fading Rayleigh Nhiễu AWGN # sóng mang phụ 64 # cyclic prefix(tiền tố) 16 Chiều dài kênh L=1:16 T rms (trải trễ RMS) 25 ns T s - tần số lấy mẫu 1/80 MH Hình 3.9 Hệ thống MIMO-OFDM với ước lượng kênh LS tính MSE Hình 3.10 Hệ thống MIMO-OFDM với ước lượng kênh LS tính BER Qua hai hình 3.9 3.10 với thông số nhập vào nhau: Bn=1000bit 72 M-PSK=8 MAX-SNR=10 Ta nhận thấy hệ thống ước lượng kênh LS tính theo MSE có giá trị tỉ lệ thông tin kênh truyền nhiễu cao chất lượng so với BER Tùy theo yêu cầu hệ thống ước lượng kênh áp dụng thực tế ta sử dụng cách tính giá trị thông tin khác để kết mong muốn Nếu dùng cách tính BER ước lượng kênh ls hệ thống đơn giãn thiết kế độ xác truyền tin sử dụng cách tính MSE 3.7 Kết luận chương Ước lượng kênh nhằm mục đích giảm sai khác hàm truyền kênh phát so với kênh thu nhiều nguyên nhân trình truyền dẫn Ở ta thực ước lượng kênh dựa vào biểu tượng Pilot Mặc dù phức tạp ước lượng LS khơng u cầu phải thay đổi, biểu diễn điều kiện MSE cải tiến cho độ lớn SNR Trong ước lượng kênh LS tính theo MSE BER mang lại kết khả thi, theo MSE ước lượng kênh ls đạt kết đáng tin cậy với giá trị gần sai số cho trước 73 KẾT LUẬN Sau nhiều tháng thực đề tài, tìm hiểu tài liệu, nghiên cứu hệ thống, phân tích mơ thành công hệ thống ước lượng kênh LS hệ thống MIMO-OFDM Kết đạt Tìm hiểu mơ hình kênh MIMO dung lượng kênh truyền MIMO Các chi tiết mã khối không gian – thời gian, cụ thể mã khối không gian thời gian Alamouti nghiên cứu hệ thống Phân tích hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) Sau kết hợp hai hệ thống MIMO OFDM để tìm phương pháp ước lượng kênh hiệu Mô thành công kết BER hệ thống MIMO-OFDM 2x(1,2,3,6) anten phát cố định 2, anten thu 1,2,3,6 sử dụng mức điều chế 8PSK mã không gian – thời gian(STBC) Mô ước lượng kênh LS (MIMO-OFDM 2x2) đánh giá kết thông qua tỷ lệ lỗi bit hệ thống BER đồ thị BER bị méo Sử dụng cách tính MSE(trung bình bình phương lỗi) để tính ước lượng kênh đại lượng dựa theo số liệu quan sát ta thấy đồ thị MSE phẳng Những hạn chế đề tài Chưa tìm phương pháp ước lượng kênh tối ưu LS ( Least Squares) tốn phức tạp, số anten >4 việc tính tốn gặp khó khăn hệ số kênh truyền tăng lên gấp lần Là đề tài lạ, thực tế việc ứng dụng Việt Nam cịn khó khăn nhiều điều kiện kỹ thuật cơng nghệ cịn xa với giới, đặc biệt trình xây dựng test hệ MIMO Tuy nhiên, vài năm trở lại Việt Nam bắt đầu tiếp cận với công nghệ Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu hệ thống tương tác thông tin vô tuyến Đưa phương pháp ước lượng kênh tối ưu 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, khoa vơ tuyến, Kỹ thuật truyền dẫn số, Nhà xuất Quân đội nhân dân, Hà Nội -2001 [2] Nguyễn Viết Đảm, Mô hệ thống viễn thông ứng dụng MATLAB, Nhà xuất Bưu điện, Hà Nội 2007 [3] Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, Kỹ thuật thơng tin số (Cơ sở nâng cao), Nhà xuất bưu điện, Hà nội 2004 [4] Trần Xuân Nam, Mô hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng MATLAB, tài liệu giảng, Học viện KTQS,2006 [5] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB & SIMULINK Dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2004 [6] PGS.TS Nguyễn Văn Đức “Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2006 [7] Reza Abdolee , “Performance of mimo space-time coded system and training based channel estimation for mimo-ofdm system” [8] Hui Liu and Guoqing Li , “OFDM – Based Broadband Wireless Networks Design and Optimization” [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Toeplitz_matrix [10] http://www.manufacturingterms.com/Vietnamese/Mean-Squared-Error-aka- MSE.html 75 PHỤ LỤC * Phụ lục % Nhung ket qua ly thuyet cho su thuc hien OFDM,M-PSK,M=2,4,8 clear Ft=1;Fs=1; %khoảng cách đơn vị ber N=100000; % số bit mô hình điều chế M mức method='psk'; set(1)=2;set(2)=4;set(3)=8; % thiết lập mức điều chế for j=1:1:3 M=set(j); i=1; for ESN=0:1:18 % tỉ lệ ESN signal=sqrt(10^(-ESN/10)/2);%tinh ti le tin hieu tren loi x=floor(M*rand(N,1));%tin hieu phat với M mức kênh truyền N bit y=modmap(x,Ft,Fs,method,M);%dieu che tin hieu ynoisy=y+signal*randn(N*Fs,2);% nhiễu tín hiệu phía thu z=demodmap(ynoisy,Ft,Fs,method,M);% giải tín hiệu phía thu s=symerr(x,z); ber(j,i)=(s/N)/log2(M);% tính M với đơn vị dB snr(i)=ESN; i=i+1; end end semilogy(snr,ber(1,:),'-b^',snr,ber(2,:),'-bo',snr,ber(3,:),'-bs'); grid on; ylabel('BER'); xlabel('E/N_0(dB)'); legend('BPSK','QPSK','8PSK',1); title('Simulated error performance of M-PSK'); 76 phụ lục % Nhung ket qua ly thuyet cho su thuc hien MIMO,4PSK,Tx=2 clear all; % số lần lặp Rx(Rx=1,2,3,6) for w=1:4, Rx=input('enter vao so anten nhan Rx='); M=4;SNR_MAX=10;N=1000; randn('state',0);rand('state',0);z=1; for k=1:2:SNR_MAX, %các ký tự M-PSK A=floor(M*rand(2,N)); Str=exp(j*2*pi/M*A)/sqrt(2); for i=1:N, S=[Str(1,i);Str(2,i)]; %ma trận tín hiệu S snr=10.^(k/10);% tính đơn vị dB SNR sig=0.5/snr; %anten nhận Rx qua ánh xạ Ns Ns=sqrt(sig).*(randn(2.*Rx,1)+j*(randn(2.*Rx,1))); %truyền ký tự H=[]; for p=1:Rx, h=(randn(1,2)+j*(randn(1,2)))/sqrt(2);%kenh truyen H=[H;h(1) h(2);h(2)' -h(1)']; end p=0;r=H*S+Ns;S_=H'*r;ang=angle(S_); B=mod(round(ang/(2*pi/M)),M);% khối ma trận B với M mức Ses(:,i)=[B(1);B(2)]; % chuẩn hóa ma trận B end BER=0;ERROR=0; for p=1:2, for i=1:N, if A(p,i)~=Ses(p,i) ERROR=ERROR+1; 77 end end end ber(z)=ERROR/(2*N); z=z+1; % cộng nhiễu trắng end Snr=1:2:SNR_MAX;ber;Ber(:,w)=ber; end semilogy(Snr,Ber(:,1),'b-',Snr,Ber(:,2),'g:+',Snr,Ber(:,3),'r.-.',Snr,Ber(:,4),'m-','LineWidth',1.5);xlabel('SNR');ylabel('BER'); title('theoretical results for MIMO performance,4PSK'); legend(4,'2X1','2X2','2X3','2X6');grid; * Phụ lục % Nhung ket qua ly thuyet cho su thuc hien MIMO,8PSK,Tx=2 clear all; for w=1:4, Rx=input('enter vao so anten nhan Rx='); M=8;SNR_MAX=10;N=1000; randn('state',0);rand('state',0);z=1; for k=1:2:SNR_MAX, %các ký tự M-PSK A=floor(M*rand(2,N)); Str=exp(j*2*pi/M*A)/sqrt(2); % xác định N bit for i=1:N, S=[Str(1,i);Str(2,i)]; snr=10.^(k/10);sig=0.5/snr; %anten nhận Rx qua ánh xạ Ns Ns=sqrt(sig).*(randn(2.*Rx,1)+j*(randn(2.*Rx,1))); %truyền ký tự H=[]; for p=1:Rx, 78 h=(randn(1,2)+j*(randn(1,2)))/sqrt(2);%kenh truyen H=[H;h(1) h(2);h(2)' -h(1)']; end p=0;r=H*S+Ns;S_=H'*r;ang=angle(S_); B=mod(round(ang/(2*pi/M)),M);Ses(:,i)=[B(1);B(2)]; end BER=0;ERROR=0; for p=1:2, for i=1:N, if A(p,i)~=Ses(p,i) ERROR=ERROR+1; end end end ber(z)=ERROR/(2*N);z=z+1; end Snr=1:2:SNR_MAX;ber;Ber(:,w)=ber; end semilogy(Snr,Ber(:,1),'b-',Snr,Ber(:,2),'g:+',Snr,Ber(:,3),'r.-.',Snr,Ber(:,4),'m-','LineWidth',1.5);xlabel('SNR');ylabel('BER'); title('theoretical results for MIMO performance,8PSK'); legend(4,'2X1','2X2','2X3','2X6');grid; phụ luc 4% Nhung ket qua ly thuyet cho su thuc hien MIMO,8PSK,Tx=4 clear all; for w=1:4, Rx=input('enter vao so anten nhan Rx='); M=8;SNR_MAX=10;N=1000; randn('state',0);rand('state',0);% tra ve trang thai so thuc =0; z=1; for k=1:2:SNR_MAX, A=floor(M*rand(4,N)); 79 Str=exp(j*2*pi/M*A)/sqrt(2);%tin hieu bieu dien duoi dang chuoi for i=1:N, S=[Str(1,i);Str(2,i);Str(3,i);Str(4,i)]; snr=10.^(k/10);%cong thuc tinh snr sig=0.5/snr; Ns=sqrt(sig).*(randn(4.*Rx,1)+j*(randn(4.*Rx,1))); H1=[]; for p=1:Rx, %hệ số kênh truyền với chùm tia fading h1=(randn(1,4)+j*(randn(1,4)))/sqrt(4); H1=[H1;h1(1) h1(2) h1(3) h1(4); h1(2)' -h1(1)' h1(4)' -h1(3)'; h1(3)'' -h1(4)'' -h1(1)'' h1(2)''; h1(4)''' h1(3)''' -h1(2)''' -h1(1)''']; end p=0; r=H1*S+Ns; %truyền liệu kênh multipath S_=H1'*r; ang=angle(S_); B=mod(round(ang/(2*pi/M)),M); Ses(:,i)=[B(1);B(2);B(3);B(4)]; end BER=0;ERROR=0; for p=1:2, for i=1:N, if A(p,i)~=Ses(p,i) ERROR=ERROR+1; end end end 80 ber(z)=ERROR/(2*N);z=z+1; end Snr=1:2:SNR_MAX;ber;Ber(:,w)=ber; End semilogy(Snr,Ber(:,1),'b-',Snr,Ber(:,2),'g:+',Snr,Ber(:,3),'r.-.',Snr,Ber(:,4),'m-','LineWidth',1.5);xlabel('SNR');ylabel('BER'); title('theoretical results for MIMO performance,8PSK'); legend(4,'4X1','4X2','4X3','4X6');grid; * Phụ lục %He thong MIMO-OFDM voi uoc luong kenh LS tính theo BER clear all; % khối symbol đưa vào hệ thống Bn=input('enter the number of OFDM block which are being transmitted Bn='); M=input('the modulation array scheme M-PSK, have to be power of 2, M='); SNR_MAX=input('enter the maximum SNR of the system SNR_MAX='); randn('state',0);rand('state',0); for n=1:64,% sóng mang phụ N=64 for l=1:16,% chiều dài kênh L=1:16 % ma trận biến đổi fourier có kích thước NxL F(n,l)=exp(-(j*2*pi*(l-1)*(n-1))/64); end end l=0;n=0;Fl=[F zeros(size(F));zeros(size(F)) F]; for k=1:SNR_MAX, snr=10.^(k/10);% đơn vị dB sig=(1/128)/snr;% tín hiệu đầu thu hệ thống OFDM Smv=floor(M*rand(2,64*Bn)); %cơng thức tính sóng mang phụ với khối bit Bn Sm=exp(j*2*pi/M*Smv)/sqrt(2); for p=1:Bn, Sof=Sm(:,(1+(p-1)*64:p*64)); % giai ma stbc 81 Sofc=conj(Sof); Sot=[ifft(Sof(1,:)); ifft(Sof(2,:))]; Sotc=[ifft(Sofc(1,:)); ifft(Sofc(2,:))]; for l=0:15, sig2=0.3935*exp(-0.5*l);% tín hiệu đầu vào hệ thống MIMO h(:,l+1)=(randn(4,1)+j*randn(4,1))/sqrt(2)*sqrt(sig2); end % tín hiệu nhận sau biến đổi kênh lựa chọn tần số y11=[toeplitz([h(1,:) zeros(1,64)],[h(1,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) Sot(1,1:16)].'; y12=[toeplitz([h(2,:) zeros(1,64)],[h(2,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) Sot(2,1:16)].'; y21=[toeplitz([h(3,:) zeros(1,64)],[h(3,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) Sot(1,1:16)].'; y22=[toeplitz([h(4,:) zeros(1,64)],[h(4,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) Sot(2,1:16)].'; % tín hiệu miền thời gian với chiều dài 80 kí tự ns=sqrt(sig).*(randn(80,2)+j*randn(80,2)); y1=y11+y12+ns(:,1);y2=y21+y22+ns(:,2); ya1=[y1(65:79,1);y1(16:64,1)];ya2=[y2(65:79,1);y2(16:64,1)]; % biến đổi tín hiệu ya từ miền thời gian sang miền tần số Y1=fft(ya1);Y2=fft(ya2);X=[diag(Sof(1,:)) diag(Sof(2,:))];w=X*Fl; h_1=inv(w'*w)*w'*Y1;h_2=inv(w'*w)*w'*Y2; h_11=h_1(1:16,1);h_12=h_1(17:32,1); h_21=h_2(1:16,1);h_22=h_2(17:32,1); h_=[h_11.';h_12.';h_21.';h_22.'];ns=sqrt(sig).*(randn(80,4)+j*randn(80,4)); y011=[toeplitz([h(1,:) zeros(1,64)],[h(1,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) Sot(1,1:16)].'; y012=[toeplitz([h(2,:) zeros(1,64)],[h(2,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) Sot(2,1:16)].'; y0=y011+y012+ns(:,1); 82 y111=[toeplitz([h(1,:) zeros(1,64)],[h(1,1) zeros(1,79)])]*[Sotc(2,:) Sotc(2,1:16)].'; y112=[toeplitz([h(2,:) zeros(1,64)],[h(2,1) zeros(1,79)])]*[Sotc(1,:) Sotc(1,1:16)].'; y1=y111+y112+ns(:,2); y021=[toeplitz([h(3,:) zeros(1,64)],[h(3,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) Sot(1,1:16)].'; y022=[toeplitz([h(4,:) zeros(1,64)],[h(4,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) Sot(2,1:16)].'; y2=y021+y022+ns(:,3); y121=[toeplitz([h(3,:) zeros(1,64)],[h(3,1) zeros(1,79)])]*[Sotc(2,:) Sotc(2,1:16)].'; y122=[toeplitz([h(4,:) zeros(1,64)],[h(4,1) zeros(1,79)])]*[Sotc(1,:) Sotc(1,1:16)].'; y3=y121+y122+ns(:,4);ya0=[y0(65:79,1);y0(16:64,1)];YA0=fft(ya0); ya1=[y1(65:79,1);y1(16:64,1)];YA1=fft(ya1); ya2=[y2(65:79,1);y2(16:64,1)];YA2=fft(ya2); ya3=[y3(65:79,1);y3(16:64,1)];YA3=fft(ya3); Y=[YA0 conj(YA1) YA2 conj(YA3)]; H_=Fl*[h_11 h_12;h_21 h_22]; H=H_; for Kc=1:64, YC=Y(Kc,:);Yc=YC.'; Hc=[H(Kc,1) H(Kc,2);H(Kc,2)' -H(Kc,1)';H(Kc+64,1) H(Kc+64,2);H(Kc+64,2)' -H(Kc+64,1)']; X_=(Hc)'*Yc;ang=angle(X_); S_=mod(round(ang/(2*pi/M)),M);S_det_mat(:,(64*(p-1)+Kc))=S_; end end BER=0;ERROR=0; for p=1:2, 83 for u=1:64*Bn, if Smv(p,u)~=S_det_mat(p,u) ERROR=ERROR+1; end end end ber(k)=ERROR/(2*64*Bn); end Snr=1:SNR_MAX;ber;semilogy(Snr,ber);xlabel('SNR');ylabel('BER'); title('bit error rate versus SNR'); legend('uoc luong kenh LS tính theo BER') grid; * Phụ lục % He thong MIMO-OFDM voi uoc luong kenh LS tinh MSE(2x4) clear all; Bn=input('enter the number of OFDM block which are being transmitted Bn='); M=input('the modulation array scheme M-PSK, have to be power of 2, M='); SNR_MAX=input('enter the maximum SNR of the system SNR_MAX='); randn('state',0);rand('state',0); for n=1:64, for l=1:16, F(n,l)=exp(-(j*2*pi*(l-1)*(n-1))/64); end end l=0;n=0;Fl=[F zeros(size(F));zeros(size(F)) F];Cn=1; for sn=1:0.5:SNR_MAX, snr=10.^(sn/10);sig=(1/128)/snr; Smv=floor(M*rand(2,64*Bn));Sm=exp(j*2*pi/M*Smv)/sqrt(2);MSE=0; for k=1:Bn, Sof=Sm(:,(1+(k-1)*64:k*64));Sot=[ifft(Sof(1,:));ifft(Sof(2,:))]; for l=0:15, 84 sig2=0.3935*exp(0.5*l);h(:,l+1)=(randn(4,1)+j*randn(4,1))/sqrt(2)*sqrt(sig2); end y11=[toeplitz([h(1,:) zeros(1,64)],[h(1,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) zeros(1,64)],[h(2,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) zeros(1,64)],[h(3,1) zeros(1,79)])]*[Sot(1,:) zeros(1,64)],[h(4,1) zeros(1,79)])]*[Sot(2,:) Sot(1,1:16)].'; y12=[toeplitz([h(2,:) Sot(2,1:16)].'; y21=[toeplitz([h(3,:) Sot(1,1:16)].'; y22=[toeplitz([h(4,:) Sot(2,1:16)].';ns=sqrt(sig).*(randn(80,2)+j*randn(80,2)); y1=y11+y12+ns(:,1);y2=y21+y22+ns(:,2); ya1=[y1(65:79,1);y1(16:64,1)];ya2=[y2(65:79,1);y2(16:64,1)]; Y1=fft(ya1);Y2=fft(ya2);X=[diag(Sof(1,:)) diag(Sof(2,:))];v=X*Fl; h_1=inv(v'*v)*v'*Y1; h_2=inv(v'*v)*v'*Y2; h_11=h_1(1:16,1);h_12=h_1(17:32,1);h_21=h_2(1:16,1);h_22=h_2(17:32,1); h_=[h_11.';h_12.';h_21.';h_22.'];E=h-h_;mse=(trace(E'*E))/64;MSE=MSE+mse; end MSEF(Cn)=MSE/k;Cn=Cn+1; end Snr=1:0.5:SNR_MAX;semilogy(Snr,MSEF);xlabel('SNR');ylabel('MSEF'); legend('uoc luong kenh LS tính theo MSE') title('MIMO-OFDM system with LS channel estimation calculating MSE');grid; 85 ... Chương Hệ thống OFDM Chương chúng tơi nêu rõ mơ hình hệ thống OFDM kỷ thuật hệ thống, truyền tiếp nhận liệu OFDM, ước lượng kênh miền tần số -thời gian Chương Ước lượng kênh LS hệ thống MIMO- OFDM Trong. .. hình hệ thống 49 3.3 Phân tích hệ thống MIMO- OFDM 56 3.3.1 Mơ hình hệ thống MIMO- OFDM 56 3.3.2 Space-Time Block-Coded OFDM .57 3.4 Ứơc lượng kênh cho hệ thống OFDM -MIMO. .. : ? ?Mô ước lượng kênh ls hệ thống MIMO- OFDM ” Mục đích đề tài là: nghiên cứu kênh truyền vơ tuyến, tìm hiểu hệ thống MIMO( đa anten thu-phát), kỷ thuật điều chế OFDM tìm hiểu kết hợp hai hệ thống