Nghiên cứu các kỹ thuật phân tập để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4g LTE)

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Cơng trình đư c hồn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N VĂN THAO Ngư i hư ng d n khoa h c: TS NGUY N LÊ HÙNG NGHIÊN C U CÁC K THU T PHÂN T P Đ NÂNG CAO CH T LƯ NG H TH NG THÔNG TIN DI Đ NG TH H TH (4G/LTE) Chuyên ngành: K thu t Đi n t Ph n bi n 1: PGS.TS TĂNG T N CHI N Ph n bi n 2: TS NGÔ VĂN S Mã s : 60.52.70 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 21 tháng năm 2012 Ngư i hư ng d n khoa h c: TS Nguy n Lê Hùng * Có th tìm hi u lu n văn t i: Đà N ng, Năm 2012 - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng M Đ U d n ñ n tín hi u nh n ñư c t i máy thu s y u nhi u so v i tín hi u t i máy phát, làm gi m ñáng k ch t lư ng truy n thơng TÍNH C P THI T C A Đ TÀI H th ng thơng tin di đ ng th h th (3G) ñư c tiêu chu n Trong h th ng thơng tin di đ ng, k thu t phân t p ñư c s d ng ñ h n ch nh hư ng c a fading ña tia, tăng ñ tin c y c a vi c hoá b i IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), truy n tin mà không ph i gia tăng công su t phát hay băng thơng K b t đ u đư c phát tri n t i Nh t B n vào tháng 10 năm 2001 T thu t phân t p cho phép b thu (receiver) thu ñư c nhi u b n c a ñ n 3G phát tri n m t cách nhanh chóng đóng m t vai trị m t tín hi u truy n Các b n ch a m t lư ng quan tr ng vi c phát tri n lo i d ch v đa phương ti n thơng tin có s tương quan v fading Tín hi u thu ph i k đ n d ch v Video Tuy nhiên h th ng thông tin di ñ ng bao g m m t s k t h p h p lý c a phiên b n tín hi u khác 3G v n chưa ñáp ng ñư c nhu c u ngày cao c a ngư i s s ch u nh hư ng fading nghiêm tr ng so v i t ng phiên b n d ng, d ch v băng r ng ngày phát tri n nhanh chóng, đ c riêng l bi t d ch v M C ĐÍCH NGHIÊN C U yêu c u th i gian th c IPTV, Video Conference, v y h th ng thơng tin di ñ ng th h th (4G) ñ i Đ tài ti n hành tìm hi u nguyên lý ho t ñ ng nghiên c u phương pháp phân t p ñ nâng cao ch t lư ng h th ng Do tính ch t c a mơi trư ng vơ n, tín hi u RF (Radio Frequency) truy n qua kênh truy n vô n s lan t a không gian , va ch m vào v t c n phân tán r i rác ñư ng truy n xe c , nhà c a, công viên, sông, núi, bi n … s gây hi n tư ng thơng tin di đ ng th h th Phân tích so sánh, đánh giá phương pháp phân t p, s d ng ph n m m chun d ng đ mơ ph ng phương pháp phân t p T đưa nh n xét ch n phương pháp phân t p t i ưu ng v i t ng ñi u ki n c th ph n x , tán x , nhi u x Khi sóng va ch m vào v t c n s t o vơ s b n tín hi u, m t s b n s t i ñư c máy thu Do Đ I TƯ NG NGHIÊN C U b n này ph n x , tán x , nhi u x v t khác - Tìm hi u v h th ng thơng tin di đ ng 4G theo ñư ng dài ng n khác nên th i ñi m b n - Nghiên c u phương pháp phân t p ñ nâng cao ch t t i máy thu khác (t c ñ tr pha gi a thành ph n lư ng h th ng thông tin di ñ ng 4G - Đánh giá, so sánh hi u qu gi a phương pháp phân t p khác nhau) b n s suy hao khác (t c biên ñ gi a thành ph n khác nhau) Tín hi u t i máy thu t ng PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U c a t t c b n này, tùy thu c vào biên ñ pha c a b n mà tín hi u t i máy thu đư c tăng cư ng hay b suy gi m, hi n tư ng g i hi n tư ng fading ña ñư ng (multipath fading) Đi u - Thu th p, phân tích tài li u thơng tin liên quan ñ n ñ tài - Nghiên c u lý thuy t k thu t phân t p, mô ph ng ki m ch ng lý thuy t ñưa nh n xét, so sánh k thu t phân t p, tìm k thu t phân t p t i ưu cho t ng ñi u ki n c th CHƯƠNG T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN DI Đ NG 4G (LTE VÀ LTE-ADVANCED) Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI H th ng thơng tin di đ ng 4G (LTE/LTE Advance) ñang 1.1 GI I THI U CHƯƠNG ñư c nghiên c u tri n khai t i m t s nư c th gi i tính ưu 1.2 CÁC GIAI ĐO N PHÁT TRI N C A CÔNG NGH VI N vi t c a Trong th i đ i mà d ch v yêu c u ch t lư ng cao THÔNG DI Đ NG phát tri n nhanh chóng vi c nghiên c u k thu t phân t p Cơng ngh di đ ng th h th nh t (1G) ñ i vào kho ng nh m tăng ch t lư ng truy n tin h th ng thơng tin di đ ng 4G th i gian năm 1980 d a cơng ngh FDMA (đa truy c p phân mà không c n tăng công su t phát hay đ r ng băng thơng s góp chia theo t n s ); ti p đ n cơng ngh di đ ng th h th (2G) ñ i ph n l n vi c gi i quy t v n ñ v ch t lư ng d ch v vào kho ng th i gian năm 1990 d a công ngh TDMA (ña truy K T C U C A LU N VĂN Lu n văn g m ph n sau đây: Chương 1: T ng quan v h th ng thơng tin di đ ng 4G (LTE LTE-Advanced) Chương 2: K thu t OFDM ñ c tính kênh truy n Chương 3: Các k thu t phân tâp Chương 4: K t qu mô ph ng k thu t phân t p c p phân chia theo th i gian); công ngh di ñ ng th h th (3G) ñ i vào kho ng th i gian năm 2000 d a cơng ngh WCDMA (đa truy c p phân chia theo mã); cơng ngh di đ ng th h th (4G) ñ i kho ng th i gian t năm 2009 ñ n nay, ñã qua giai ño n tri n khai th nghi m ban ñ u hi n ñang tri n khai t i m t s nư c, d a công ngh OFDM, SDMA- t c công ngh LTE – LTE ADVANCE 1.3 CÔNG NGH LTE 1.3.1 Gi i thi u LTE th h th tư tương lai c a chu n UMTS 3GPP phát tri n 3GPP ñ t yêu c u cao cho LTE, bao g m gi m chi phí cho m i bit thông tin, cung c p d ch v t t hơn, s d ng linh ho t băng t n hi n có băng t n m i, ñơn gi n hóa ki n trúc m ng v i giao ti p m gi m ñáng k lư ng tiêu th cu i thi t b ñ u 1.3.2 Các chu n c a cơng ngh LTE T c đ : T c ñ t i xu ng (Downlink - DL) cao nh t 1.3.3 Ki n trúc LTE băng thơng 20MHz có th lên ñ n 100Mbps, t c ñ t i lên (Uplink - UL) 1.3.3.1 M ng truy nh p vô n M ng truy nh p vô n c a LTE ñư c g i E-UTRAN m t nh ng ñ c ñi m c a t t c d ch v , bao có th lên đ n 50Mbps Đ tr : Th i gian tr t i ña ñ i v i d ch v ngư i dùng ph i g m th i gian th c, s ñư c cung c p qua kênh chuy n m ch gói M t tr m g c m i ph c t p NodeB WCDMA, th p 5ms Đ r ng băng thông linh ho t: có th ho t đ ng v i băng eNodeB (Enhanced NodeB) eNodeB th a hư ng ch c thông 5MHz, 10MHz, 15MHz 20MHz, th m chí nh 5MHz c a RNC eNodeB ch u trách nhi m qu n lý tài nguyên vô n c a 1,25MHz 2,5MHz ô, quy t ñ nh chuy n giao, l p bi u cho c ñư ng lên ñư ng Tính di đ ng: T c đ di chuy n t i ưu 0-15km/gi , v n xu ng c a eNodeB đư c n i t i m ng lõi thông ho t ñ ng t t v i t c ñ di chuy n t 15-120km/gi , th m chí lên ñ n qua giao di n S1 S1 gi ng giao di n Iu gi a m ng lõi RNC 500km/gi tùy băng t n WCDMA Gi a eNodeB có giao di n X2 gi ng giao Ph t n s : ho t ñ ng theo ch ñ phân chia theo t n t ho c ch ñ phân chia theo th i gian Đ ph sóng t 5-100km (tín hi u suy y u t km th 30), dung lư ng 200 ngư i/cell (băng thông 5MHz) 1.3.3.2 M ng lõi M ng lõi bao g m nhi u th c th ch c sau: - Th c th qu n lý di ñ ng MME Ch t lư ng d ch v : H tr tính đ m b o ch t lư ng d ch v QoS cho thi t b VoIP ñ m b o ch t lư ng âm t t, ñ tr di n Iur WCDMA - C ng d ch v (Seving Gateway) - C ng m ng d li u gói (PDN Gateway) m c t i thi u (th i gian ch g n khơng có) thơng qua 1.3.4 Cơ ch truy n d n m ng chuy n m ch UMTS Liên k t m ng: Kh liên k t v i h th ng Đư ng xu ng ñư ng lên LTE d a vi c s UTRAN/GERAN hi n có h th ng khơng thu c 3GPP s d ng nhi u công ngh ña truy nh p, c th : ña truy nh p phân ñư c ñ m b o Th i gian tr vi c truy n t i gi a E-UTRAN chia t n s tr c giao cho ñư ng xu ng (OFDMA) ña truy nh p UTRAN/GERAN s nh 300ms cho d ch v th i gian th c phân chia t n s - đơn sóng mang (SC-FDMA) cho đư ng lên khơng q 500ms cho d ch v cịn l i 1.3.4.1 Truy n d n ñư ng xu ng Chi phí: Chi phí tri n khai v n hành gi m 1.3.4.2 Truy n d n ñư ng lên 10 CHƯƠNG K THU T OFDM VÀ Đ C TÍNH KÊNH TRUY N 1.4 CƠNG NGH LTE-ADVANCED 1.4.1 Các yêu c u c a LTE-Advanced 1.4.2 Các cơng ngh thành ph n đ xu t cho LTE-Advanced 1.4.2.1 Truy n d n băng r ng chia s ph t n 2.1 GI I THI U CHƯƠNG 1.4.2.2 Gi i pháp ña anten m r ng 2.2 K THU T OFDM 1.4.2.3 Truy n d n ña ñi m ph i h p 2.2.1 Khái ni m 1.4.2.4 Các b l p b chuy n ti p K thu t OFDM m t d ng ñ c bi t c a k thu t u ch đa sóng mang, ho t ñ ng theo nguyên lý truy n dòng d li u t c 1.5 SO SÁNH LTE VÀ LTE-ADVANCED ñ cao sóng mang t c đ th p Các sóng mang B ng 1.2 So sánh yêu c u c a LTE LTE-Advanced Cơng ngh đư c phân b tr c giao v i LTE LTE-Advanced T c ñ Downlink 150 Mbit/s Gbit/s T c ñ Uplink 75 Mbit/s 500 Mbit/s Băng thông Downlink 20 MHz 100 MHz m i ñ nh c a m i sóng mang b t kỳ nhóm sóng Băng thơng Uplink 20 MHz 40 MHz mang khác b ng không, v y sóng mang khơng gây Tính di ñ ng - Ho t ñ ng t i ưu v i t c - Tương t ñ th p (< 15 km/hr) - V n ho t ñ ng t t 2.2.2 Tính tr c giao h th ng OFDM Tính tr c giao c a sóng mang th hi n nhi u l n 2.2.3 Mơ hình h th ng OFDM LTE t c ñ ñ n 120 km/hr - V n trì đư c ho t đ ng t c ñ ñ n 350 km/hr Vùng ph sóng - Lên ñ n Km - Tương t yêu c u c a LTE Dung lư ng - Cell v i 200 ngư i dùng ho t ñ ng MHz G p 03 l n LTE 1.6 K T LU N CHƯƠNG Hình 2.3 Sơ đ kh i h th ng OFDM ch : T i 11 2.2.3.1 B chuy n ñ i n i ti p - song song song song – n i ti p 12 - H n ch nh hư ng c a fading l a ch n t n s hi u ng B chuy n ñ i n i ti p – song song có nhi m v chuy n ñ i ña ñư ng b ng cách chia kênh truy n fading ch n l c t n s thành dịng d li u t c đ cao thành N dịng d li u t c đ th p cho kênh truy n fading ph ng tương ng v i t n s sóng hàm truy n kho ng băng thơng có th xem ph ng B ng mang OFDM khác cách s d ng b chuy n ñ i n i ti p - song song ta ñã chuy n kênh 2.2.4.2 Như c ñi m truy n fading ch n l c t n s thành kênh truy n fading ph ng - Nh y v i hi u ng Doppler 2.2.3.2 Đi u ch tín hi u OFDM - T s cơng su t đ nh cơng su t trung bình PAPR (Peak Phương pháp u ch ñư c s d ng tùy vào vi c dung hòa gi a yêu c u t c ñ truy n d n ch t lư ng truy n d n to Average Power Ratio) l n - Làm suy gi m m t ph n hi u su t ñư ng truy n s d ng M t s phương pháp ñi u ch thư ng dùng OFDM là: chu i b o v * M-PSK (Phase Shift Keying) 2.3 Đ C TÍNH KÊNH TRUY N C A K THU T OFDM * M-QAM (Quarature Amplitude Modulation) 2.2.3.3 B IFFT FFT Phép bi n ñ i IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) cho phép ta t o tín hi u OFDM d dàng b ng cách u ch N lu ng tín hi u song song lên N t n s tr c giao m t cách xác đơn gi n Phép bi n ñ i DFT (Discrete Fourier Transform) cho phép ta gi i ñi u ch l y l i thơng tin t tín hi u OFDM 2.2.3.4 Ti n t l p (Cyclic Prefix - CP) h th ng OFDM Đ h n ch nh hư ng nhi u xun ký t (ISI) đ n tín hi u OFDM, ta chèn thêm kho ng b o v cho m i ký t OFDM Chi u dài c a kho ng b o v ñư c ch n cho ph i b ng ho c l n giá tr tr i tr c c đ i nh m trì tính tr c giao gi a sóng mang nhánh lo i b ñư c nhi u xuyên ký t 2.2.4 Ưu ñi m c ñi m c a k thu t OFDM 2.2.4.1 Ưu ñi m - Lo i b nhi u liên sóng mang (ICI) nhi u xuyên ký t (ISI) 2.3.1 S suy hao Suy hao s suy gi m công su t trung bình c a tín hi u truy n t máy phát ñ n máy thu s h p th tín hi u b i nư c, khơng khí, bi v t ch n, b ph n x t m t ñ t 2.3.2 Hi n tư ng fading đa đư ng 2.3.2.1 Gi i thi u Ngồi nh hư ng suy hao, can nhi u, tín hi u truy n qua kênh vơ n di ñ ng s b ph n x , nhi u x , tán x , … gây hi n tư ng fading ña ñư ng 2.3.2.2 Fading Ricean Do nh hư ng c a hi n tư ng ña ñư ng, thành ph n ña ñư ng ng u nhiên ñ n b thu v i nh ng góc khác Tuỳ theo đ a hình kênh truy n mà gi a máy phát máy thu có th t n t i ho c khơng t n t i ñư ng truy n th ng (light-of-sight) Trong trư ng h p t n t i ñư ng truy n th ng, ñó ñư ng bao tín hi u truy n qua 13 14 kênh truy n có phân b Ricean nên kênh truy n g i kênh truy n ñư ng khác tr truy n ña ñư ng PDP c a kênh fading Ricean ñư c l y giá tr trung bình kho ng khơng gian theo v trí 2.3.2.3 Fading Rayleigh khác N u kênh truy n khơng t n t i đư ng truy n th ng, đư ng bao tín hi u truy n qua kênh truy n có phân b Rayleigh nên kênh 2.3.7 Kênh truy n block-fading n n OFDM 2.3.7.1 Tín hi u phát thu OFDM truy n ñư c g i kênh truy n fading Rayleigh Khi tín hi u nh n M i ký t OFDM bao g m N sóng mang mang thơng tin đư c t i máy thu ch t ng h p c a thành ph n ph n x , nhi u X k ,m (k = 0, 1, 2, , N-1), N kích thư c c a hàm truy n x , tán x Fourier nhanh (FFT) bi n ñ i ngư c Fourier nhanh (IFFT) ñư c 2.3.3 Nhi u Gaussian tr ng c ng s d ng truy n d n đa sóng mang Nhi u Gaussian tr ng c ng lo i nhi u có m t đ ph cơng su t đ ng đ u c băng thơng biên đ tuân theo phân b Sau th c hi n bi n ñ i ngư c Fourier nhanh chèn mã b o v , tín hi u phát c a ký t OFDM th m có d ng sau: Gaussian Trong h th ng OFDM, s sóng mang r t l n h u h t thành ph n nhi u khác có th đư c coi nhi u N −1 x n, m = N ∑ X k ,m e j 2πkn / N (2.18) k =0 Gaussian tr ng c ng tác ñ ng t ng kênh xét t ng kênh riêng l đ c m c a lo i nhi u th a mãn Trong n = 0, 1, 2, , N-1 T i bên thu, sau th c hi n lo i b CP FFT, samples ñi u ki n c a nhi u Gaussian tr ng c ng 2.3.4 Tr i tr nh n ñư c mi n t n s có th đư c xác đ nh sau: Tr i tr (Delay spread) kho ng chênh l ch th i gian gi a Yk ,m = N tín hi u thu tr c ti p tín hi u ph n x thu đư c cu i t i b thu hi n tư ng fading ña ñư ng máy phát máy thu B n ch t c a hi n tư ng t n s c a sóng f mang thu ñư c s khác v i t n s sóng mang C đư c truy n m t kho ng g i t n s Doppler Vì kênh truy n b mang th k, cung c p m t ch ñ nh c a vi c phân tán phân b công su t phát ∑y n=0 n,m e − j 2πkn / N (2.19) nh hư ng b i block-fading nên t i sóng m t nhánh c a anten thu v i b t c m t ký t OFDM ñ u cho thông s H Thông s kênh truy n H t i sóng mang th k c a ký t m là: 2.3.6 Power delay profile (PDP) PDP tiêu bi u cho cơng su t trung bình v i tr đa đư ng Nó 2.3.7.2 Kênh truy n block-fading 2.3.5 Hi u ng Doppler Hi u ng Doppler gây s chuy n ñ ng tương ñ i gi a N −1 H k ,m = N L −1 ∑ h e l =0 l − j 2.π k n / N (2.25) 15 16 CHƯƠNG Lúc tín hi u thu ñư c mi n t n s Yk ,m sau lo i b kho ng b o v th c hi n phép bi n ñ i Fourier nhanh là: Yk ,m = N N −1 ∑ y n ,m e − j 2.π k n / N n=0 = H k ,m X k ,m + Z k ,m CÁC K THU T PHÂN T P 3.1 GI I THI U CHƯƠNG (2.26) 3.2 T NG QUAN V PHÂN T P Trong thông tin di đ ng k thu t phân t p có th phân làm đó: lo i: Phân t p th i gian, phân t p t n s , phân t p không gian Z k ,m = N N −1 ∑ z n ,m e − j 2.π k / N n=0 (2.27) 3.2.1 Phân t p th i gian Trong k thu t phân t p th i gian, m t b n tin s ñư c truy n nhi u th i ñi m khác nhau, ví d s d ng khe th i gian 2.4 K T LU N CHƯƠNG khác ho c mã hóa kênh khác 3.2.2 Phân t p t n s Trong k thu t phân t p t n s , tín hi u băng h p gi ng s ñư c truy n t n s sóng mang khác Các t n s c n ñư c phân chia ñ ñ m b o không b nhi u b nh hư ng fading m t cách ñ c l p, không b tương quan 3.2.3 Phân t p không gian K thu t phân t p không gian k thu t s d ng nhi u anten ho c nhi u chu i anten ñư c x p khơng gian t i phía phát ho c phía thu K thu t cịn đư c g i k thu t phân t p anten K thu t phân t p khơng gian đư c chia thành hai lo i: k thu t phân t p phát k thu t phân t p thu 3.2.3.1 Phân t p phát Phân t p phát k thu t s d ng hai hay nhi u anten phía phát đ phát tín hi u, cơng su t phát ñư c chia cho anten phát 3.2.3.2 Phân t p thu Là k thu t s s ng nhi u anten khác phía thu Các anten thu s thu ñư c nhi u b n c a m t tín hi u truy n 17 18 Các b n ch a m t lư ng thơng tin Tín hi u pha tín hi u t i nhánh, nhiên ch nhân v i tr ng s thu bao g m m t s k t h p h p lý c a phiên b n tín hi u khác α i = e − j θ i (a i = 1) 3.4 CÁC K THU T PHÂN T P PHÁT 3.4.1 Sơ ñ Alamouti hai anten phát v i m t anten thu 3.3 CÁC K THU T PHÂN T P THU K T H P 3.3.1 K Sơ ñ Alamouti làm vi c cho t t c ki u chùm ký t x1, thuât phân t p thu k t h p l a ch n (Selection x2 khác Tuy nhiên ñ ñơn gi n, Combining - SC) Trong k thu t phân t p thu k t h p l a ch n, tín hi u t i đ u c a b k t h p tín hi u t i nhánh có t s tín hi u nhi u ñây ch xét BPSK v i truy n bit th i gian hai ký t K thu t Alamouti th c hi n ba bư c sau: (SNR) cao nh t - Mã hóa truy n d n 3.3.2 K thu t phân t p thu k t h p theo ngư ng (Threshold - Sơ ñ k t h p t i máy thu Combining - TC) - Quy t c quy t ñ nh kh c c ñ i Nguyên lý c a k thu t quét tu n t t ng nhánh xu t tín hi u nhánh đ u tiên có SNR l n m c ngư ng γ T cho trư c Ratio Combining - MRC) t ng tr ng s c a t t c nhánh Do pha c a tín hi u s khác nhánh, v y đ k t h p xác tín hi u đa đư ng địi h i ph i đ ng pha tín hi u Vi c ñ ng pha ñư c anten m t x1(k)=x1 tín hi u phát t anten hai x2(k)=x2 Trong th i gian ký hi u ti p theo, x1(k+1) = − x ñư c phát ñi t anten m t * Trong k thu t phân t p thu k t h p theo t s t i ña, ñ u Trong kho ng th i gian cho trư c m t ký hi u, hai ký hi u ñư c truy n ñ ng th i t hai anten phát Ký hi u tín hi u phát t 3.3.3 K thu t phân t p thu k t h p theo t s t i ña (Maximal th c hi n b ng cách nhân m i nhánh v i giá tr 3.4.1.1 Mã hóa truy n d n α i = e − j θ i , m t s th c b t kỳ, θ i pha c a tín hi u nhánh * x2(k+1)= x1 ñư c phát ñi t anten hai Gi thi t fading khơng đ i th i gian hai ký t phát, có th vi t: y = Hx + η (3.14) Trong vector phía thu: y =  y1  Combining - EGC) K thu t phân t p thu k t h p ñ l i ñơn gi n k thu t phân t p thu k t h p theo t s t i đa Nó địi h i ñ ng T  h1 h  H= * * h − h1  jθ h1 (k) = h1 (k + 1) = h1 = β1e Đ l i kênh truy n: th i 3.3.4 K thu t phân t p thu k t h p ñ l i (Equal-gain y*  2 V i h (k) = h (k + 1) = h = β e jθ1 (3.15) 19 20 d(~1 , x ) ≤ d(~1 , x k ) x x x = [ x1 T x ] η =  η1  η*  2 T (3.19) Tính SNR t ng h p (n u coi cơng su t tín hi u phát chia ñ u cho hai anten) 3.4.1.2 B k t h p (combiner) Gi thi t r ng tr ng thái kênh truy n hoàn h o B k t h p H s th c hi n nhân vector thu y v i ma tr n chuy n v Hermitian H đ có: h   y1  H . *  + H η { − h1   y  ~  η ~ = H H y + H Hη =  h x  * h  * *  h1 = * h (3.18) d(~ , x ) ≤ d(~ , x k ) x x Tín hi u phát nhi u Guass: h   h1 . − h  h *  h1 + h =   h1 (β + β ) γ= (β + β )σ 2 2 2 ∑βn E (β + β ) E b = = b (3.20) σ2 σ E b 2 2 Eb lư ng c a tín hi u phát, σ = N /2 v i N0 công su t o t p âm ñơn biên 3.4.2 Sơ ñ h th ng Alamouti hai anten phát hai anten thu SNR trư ng h p đư c tính sau: h   x1   + HHη *  - h1  x  { ~ η 2 2  H .x + H η (3.16) { + h2  ~  η ( γ= 2 ∑ ∑β m =1 n =1 2 2 nm ) 2 σ ∑ ∑ β nm 2 ∑∑ E s m =1 n =1 β nm E s = σ2 2 (3.31) m =1 n =1 Ta th y r ng tín hi u k t h p t hai anten nh n ñư c phép c ng ñơn gi n c a t ng anten thu, nghĩa sơ ñ k t h p Khai tri n (3.16), ñư c x1 x2 sau: gi ng h t v i m t anten thu nh t Vì v y ta có th m r ng h % x1 = (β + β ).x1 + h η + h η 2 * 1 * 2 2 * % x = (β1 + β ).x − h1 η* + h * η1 2 th ng hai anten phát M anten thu d dàng ñ c i thi n ch t lư ng h th ng mà khơng c n có nh ng tính tốn ph c t p (3.17) 3.4.1.3 Quy t c quy t ñ nh kh c c đ i (ML) T hai tín hi u đ u b k t h p, nh ng tín hi u k t h p sau đư c g i ñ n b quy t ñ nh kh c c ñ i (ML) s ch n x1 x2 cho: 3.5 K T LU N CHƯƠNG 21 22 CHƯƠNG K T QU MÔ PH NG CÁC K THU T PHÂN T P 4.1 GI I THI U CHƯƠNG Trong chương s s d ng Matlab đ mơ ph ng k thu t phân t p, t rút nh n xét v ưu c ñi m c a t ng k thu t phân t p C th s mô ph ng k thu t phân t p sau: - Các k thu t phân t p thu k t h p (MRC, EGC, SC, TC) - K thu t phân t p phát Alamouti (2Tx*1Rx) Alamouti(2Tx*2Rx) - So sánh k thu t phân t p thu v i k thu t phân t p phát 4.2 LƯU Đ THU T TOÁN VÀ K T QU MÔ PH NG CÁC K THU T PHÂN T P THU Hình 4.10 K t qu mơ ph ng k thu t phân t p thu Nh n xét: Theo k t qu mô ph ng, ta th y k thu t phân t p thu 4.2.1 Lưu đ thu t tốn t ng quan TC cho ch t lư ng tín hi u thu nh t, k thu t phân t p thu MRC 4.2.2 Lưu đ thu t tốn th c hi n k thu t MRC k t qu cho ch t lư ng tín hi u thu t t nh t (BER nh nh t) K thu t phân mô ph ng t p thu EGC cho ch t lư ng tín hi u thu t t k thu t phân t p thu 4.2.3 Lưu ñ thu t toán th c hi n k thu t SC k t qu mô SC Ch t lư ng c a tín hi u thu k thu t phân t p thu EGC r t ph ng g n v i k thu t phân t p thu MRC 4.2.4 Lưu đ thu t tốn th c hi n k thu t EGC k t qu 4.3 LƯU Đ mô ph ng K THU T PHÂN T P PHÁT 4.2.5 Lưu đ thu t tốn th c hi n k thu t TC k t qu mơ 4.3.1 Lưu đ thu t tốn t ng quan ph ng 4.3.2 Lưu ñ thu t tốn Alamouti (2Tx*1Rx) 4.2.6 K t qu mơ ph ng so sánh ki u phân t p thu THU T TỐN VÀ K T QU MƠ PH NG CÁC 4.3.3 Lưu đ thu t tốn h th ng Alamouti (2Tx*2Rx) S anten thu là: N_rx=2 4.3.4 K t qu SNR= 2:1:20 (2Tx*1Rx) Alamouti (2Tx*2Rx) mô ph ng k thu t phân t p phát Alamouti Đi u ch QAM v i m c ñi u ch M_QAM = 64 - S gói tin truy n 1000 S l n test: N_trial = 350 - S lư ng song mang kích thư c c a s ifft/fft 256 K t qu mô ph ng Hình 4.10 23 24 - Chi u dài kho ng b o v ñư c ch n b ng 1/16 chi u dài - S gói tin truy n 1000 gói tin - S lư ng song mang kích thư c c a s ifft/fft 256 - S pilot ñ ñ ng b - Chi u dài kho ng b o v ñư c ch n b ng 1/16 chi u dài - Đi u ch QPSK gói tin - Kênh truy n block fading - S pilot ñ ñ ng b - Công su t anten b ng - Đi u ch QPSK - Kênh truy n block fading - Công su t anten b ng Transmit vs Receive Diversity 10 Alamouti (2Tx, 1Rx) Maximal-Ratio Combining (1Tx, 2Rx) -1 Bit Error Rate (BER) 10 -2 10 -3 10 -4 10 Signal to Noise Ratio (SNR),dB 10 Hình 4.14 K t qu mơ ph ng k thu t phân t p phát Alamouti (2Tx*1Rx) Alamouti (2Tx*2Rx) Nh n xét: T ñ th ta nh n th y phương pháp Alamouti c i Hình 4.15 K t qu mô ph ng phân t p phát Alamouti (2Tx*1Rx) MRC (1Tx*2Rx) Nh n xét: Theo k t qu mô ph ng cho th y phương pháp MRC thi n rõ r t t l l i bit (BER) so v i không s d ng phân t p Bên cho t l BER SNR t t Alamouti (2Rx*1Tx) v i m c c nh ta th y s anten l n ch t lư ng tín hi u thu đư c cơng su t tín hi u Tuy nhiên công su t m i anten tăng Alamouti (2Rx*1Tx) ch b ng m t n a công su t phát c a anten h 4.4 MÔ PH NG SO SÁNH GI A PHÂN T P PHÁT VÀ th ng MRC Đi u có tính kh thi h th ng có m c cơng su t gi i PHÂN T P THU h n Trong ph n ta so sánh gi a h th ng Alamouti (2Tx*1Rx) k thu t phân t p thu MRC (1Tx*2Rx) 25 26 K T LU N VÀ KI N NGH th gi m thi u fading s d ng k thu t ñi u ch m c cao ñ tăng t c ñ d li u, ho c y u t tái s d ng nh m t K thu t phân t p ñư c s d ng h th ng thơng tin di đ ng 4G (mà ch y u k thu t phân t p anten) c i thi n ñáng k ch t lư ng c a h th ng mà không c n ph i tăng cơng su t phát hay đ r ng băng thông Các phương pháp phân t p thu thư ng s d ng nhi u anten nơi nh n th c hi n k t h p ho c l a ch n chuy n ñ i tín hi u đ nâng cao ch t lư ng tín hi u nh n đư c Tuy nhiên, v n ñ l n v i cách s d ng cách ti p c n chi phí, kích c , cơng su t c a thi t b di ñ ng Vi c s d ng nhi u anten chu i t n s vô n (RF) làm cho thi t b di ñ ng l n ñ t K thu t có th đư c s d ng ñ tăng ph m vi ho c khu v c vùng ph sóng c a h th ng khơng dây Nói cách khác, k thu t m i có hi u qu t t c ng d ng nơi mà l c c a h th ng b h n ch b i fading ña ñư ng ñó, ñây có th m t cách ñơn gi n hi u qu ñ gi i quy t nhu c u th trư ng v ch t lư ng hi u qu mà không c n thi t k l i h th ng hi n có Lu n văn t p trung nghiên c u v k thu t phân t p thu phân t p phát v i anten phát Kênh truy n ñư c s d ng ñ mô ph ng kênh truy n b nh hư ng b i block fading, nơi mà ñáp ng Do k thu t phân t p h u ch ñư c áp d ng cho tr m s ñ nâng cao ch t lư ng Thông thư ng m t tr m s thư ng xuyên ph c v hàng trăm ñ n hàng ngàn thi t b di ñ ng Do ñó, phân t p t i tr m s t t so v i t i thi t b di ñ ng v m c kinh t Vì lý này, k thu t phân t p phát r t h p d n có tính kh thi cao M r ng có th thêm nhi u anten mơi trư ng ña t bào ñ tăng cư ng l c h th ng t n s c a kênh truy n kho ng th i gian kh i T đư c xem ph ng Thơng tin tr ng thái kênh truy n đư c bi t xác t i máy thu (ho c có th hi u b c lư ng t i máy thu ho t đ ng r t xác) Trong tương lai c n nghiên c u m c ñ sâu b ng cách m r ng thêm s anten phát, nghiên c u v anten MIMO h nơi phát ñ ph c v cho t t c thi t b c m tay t xa Vì v y ch c ch n ñây gi i pháp mang tính kinh t r t cao K thu t Alamouti ñư c ñ xu t lu n văn m t k thu t phân t p phát ñơn gi n ñ c i thi n ch t lư ng tín hi u t i nơi nh n b ng cách x lý ñơn gi n qua hai anten phát B c c a phân t p b ng v i k thu t phân t p thu MRC (b k t h p thu t l t i ña) v i m t anten phát v i anten t i nơi thu K thu t phân t p anten phát có th c i thi n hi u su t l i, t c ñ d li u, ho c l c c a h th ng không dây Đ c bi t có th ng thơng tin di đ ng th h th (anten MIMO k t h p gi a phân t p phát phân t p thu) Bên c nh c n tìm hi u thêm k thu t khác k thu t phân t p nh m nâng cao ch t lư ng h th ng thơng tin di đ ng th h th (4G) đ có th hi u sâu v h th ng thơng tin di đ ng  ... lư ng cao THÔNG DI Đ NG phát tri n nhanh chóng vi c nghiên c u k thu t phân t p Công ngh di ñ ng th h th nh t (1G) ñ i vào kho ng nh m tăng ch t lư ng truy n tin h th ng thơng tin di đ ng 4G th... Z k ,m CÁC K THU T PHÂN T P 3.1 GI I THI U CHƯƠNG (2.26) 3.2 T NG QUAN V PHÂN T P Trong thơng tin di đ ng k thu t phân t p có th phân làm đó: lo i: Phân t p th i gian, phân t p t n s , phân t... thơng tin di đ ng th h th (4G) ñ i Đ tài ti n hành tìm hi u nguyên lý ho t ñ ng nghiên c u phương pháp phân t p ñ nâng cao ch t lư ng h th ng Do tính ch t c a mơi trư ng vơ n, tín hi u RF (Radio