(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng kỹ thuật vector ofdm vào hệ thống mimo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH NHỰT KHÁNH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VECTOR OFDM VÀO HỆ THỐNG MIMO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH NHƯT ̣ KHÁNH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VECTOR OFDM VÀO HỆ THỐNG MIMO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Tp Hồ Chí Minh, tháng …năm… BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH NHỰT KHÁNH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VECTOR OFDM VÀO HỆ THỐNG MIMO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ – 605270 Hướng dẫn khoa học: TS VÕ MINH HUÂN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014 Tp Hồ Chí Minh, tháng …năm… LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Đinh Nhựt Khánh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1985 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: xã Sơn Định, huyện Chợ Lách, Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Sơn Định, Chợ Lách, Bến Tre Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0988 024 838 Fax: E-mail: khanhdinhut@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ ……/2003 đến ……/ 2008 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Cần Thơ – TP.Cần Thơ Ngành học: Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 11/200811/2011 Nơi công tác Sở Thông tin Truyền thông tỉnh Đồng Tháp i Công việc đảm nhiệm Chuyên viên Phịng Bưu Viễn thơng LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Minh Huân dành nhiều thời gian công sức hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong suốt thời gian làm luận văn thầy giúp đỡ em phương pháp làm việc khoa học, hiệu quả, cách tiếp cận vấn đề giải vấn đề chặt chẽ, kinh nghiệm bổ ích cho q trình học tập cơng tác em sau Em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô giáo Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy giáo tận tình bảo cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Để có kết ngày hơm nay, em biết ơn gia đình động viên khích lệ, tạo điều kiện trình học tập, trình thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù em có nhiều cố gắng chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận bảo thầy cô bạn Hồ Chí Minh, tháng … năm 2014 Học viên thực ĐINH NHỰT KHÁNH iii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract vi Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Những kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Kỹ thuật OFDM 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Nguyên lý kỹ thuật truyền đa sóng mang 2.1.3 Nguyên lý OFDM 2.1.3.1 Tín hiệu OFDM 10 2.1.3.2 Phổ tín hiệu OFDM 11 2.1.3.3 Thực OFDM sử dụng biến đổi DFT/IDFT 13 vii 2.1.3.4 Ảnh hưởng Fading đa đường lên việc thu tín hiệu OFDM 15 2.1.3.5 Thêm CP vào tín hiệu OFDM 19 2.1.4 Ưu nhược điểm kỹ thuật OFDM 23 2.1.4.1 Ưu điểm 23 2.1.4.2 Nhược điểm 24 2.2 Kỹ thuật MIMO 25 2.2.1 Các kỹ thuật phân tập: 25 2.2.1.1 Phân tập thời gian: 25 2.2.1.2 Phân tập tần số: 26 2.2.1.3 Phân tập không gian: 27 2.2.2 Ưu nhược điểm kỹ thuật MIMO 28 2.2.2.1 Ưu điểm kỹ thuật MIMO: 28 2.2.2.2 Khuyết điểm kỹ thuật MIMO: 28 Chƣơng PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG MIMO-Vector OFDM 29 3.1 Hệ thống MIMO-Vector OFDM 29 3.1.1 Hệ thống phát MIMO-Vector OFDM 30 3.1.2 Hệ thống thu MIMO-Vector OFDM 31 3.1.3 Đặc tính tín hiệu vào hệ thống 33 3.2 Các tham số chất lượng hệ thống 35 3.2.1 Xác suất lỗi cặp (PEP) 35 3.2.2 Độ lợi phân tập, độ lợi mã 37 3.2.3 Tham số l 42 3.2.4 Các vấn đề ý: 48 viii 3.2.5 Kết luận 50 3.3 Phân tích so sánh V-OFDM với kỹ thuật OFDM khác 52 3.3.1 So sánh với Coded OFDM 52 3.3.2 So sánh với Constellation-Rotated OFDM 53 3.3.3 So sánh với Precoded OFDM 53 3.3.4 So sánh với Asymmetric OFDM 54 Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG MIMO-VECTOR OFDM 55 4.1 Các tham số mô 55 4.2 Một số lưu đồ thuật tốn chương trình 56 4.2.1 Lưu đồ mô kênh truyền 56 4.2.2 Lưu đồ mô thu phát tín hiệu 56 4.2.3 Lưu đồ mô thuật tốn tính BER 58 4.3 Mô Matlab đánh giá kết 59 4.3.1 Hệ thống MIMO-VOFDM với chiều dài khối vector khác 59 4.3.2 BER hệ thống với chiều dài khối vector thay đổi mức M_QAM 60 4.3.3 Đánh giá hệ thống MIMO-Vector OFDM với kênh truyền fading AWGN.……………………………………………………………………………………… 62 4.3.4 So sánh với hệ thống MIMO-OFDM khác……………………… 63 Chƣơng KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 64 5.1 Những kết đạt luận văn…………………………………………….64 5.2 Hướng phát triển đề tài………………………………………………………….65 5.2.1 Hướng phát triển đề tài……………………………………………………65 ix Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Hệ thống thông tin di động hệ 3G (Third-Generation) tiêu chuẩn hóa IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), bắt đầu phát triển Nhật Bản vào tháng 10 năm 2001 Từ đến 3G phát triển nhanh chóng đóng vai trị quan trọng việc phát triển dịch vụ đa phương tiện Hệ thống IMT-2000 đề xuất dịch vụ tốc độ cao từ 64 đến 384 kbit/s tỷ lệ lưu lượng liệu thoại tăng lên Những dịch vụ phát triển phổ biến như: truy cập Internet, thương mại điện tử, email, video theo yêu cầu…Đối tượng sử dụng thông tin di động đa dạng nhu cầu ngày tăng dẫn đến yêu cầu thiết cho đời phát triển hệ thống thông tin di động hệ thứ tư 4G (Fourth-Generation) Hệ thống thông tin di động hệ 4G có yêu cầu dung lượng lớn tốc độ liệu cao băng thông cho phép lại khơng mở rộng u cầu thúc đẩy nghiên cứu hệ thống MIMO (Multi Input Multi Output) đạt nhiều thành công đáng kể Như biết môi trường truyền dẫn vô tuyến phức tạp suy hao, xen nhiễu fading, hiệu ứng Doppler v,v…gây khó khăn cho việc nhận dạng tín hiệu đầu thu Các kỹ thuật phân tập góp phần đáng kể việc giảm fading đa đường MIMO hệ thống đa anten đầu phát đa anten đầu 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 Nhiều cấu trúc MIMO đề xuất đạt nhiều hiệu to lớn cấu trúc khơng gian-thời gian lớp dọc phịng thí nghiệm Bell V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time), mã hóa khối khơng gian-thời gian STBC (Space-Time Block Coding), mã hóa Trellis không gian-thời gian STTC (SpaceTime Trellis Coding)… Anten nhận Giải mã MIMO Giải điề u chế V-OFDM Giải điều chế QAM Tính BER hệ thống MIMO-VOFDM Vẽ giản đồ so sánh BER Hình 4.3: Lưu đồ mơ thu tín hiệu 57 4.2.3 Lƣu đồ mơ thuật tốn tính BER Bắt đầu Số lượng bit lỗi = i=1 Lỗi = sai số liệu vào liệu Lỗi > S Đ Số bit lỗi = số bit lỗi + i = i +1 S i