ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN TRỌNG TẤN
MÃ KHÔNG GIAN TẦN SỐ THÍCH NGHI TRONG HỆ
MIMO-OFDM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN TRỌNG TẤN
MÃ KHÔNG GIAN TẦN SỐ THÍCH NGHI TRONG HỆ
MIMO-OFDM
Ngành:
Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số:
60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS-TS. Nguyễn Viết Kính
Hà Nội - 2011
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................. 1
MỤC LỤC HÌNH VẼ ............................................................... 3
DANH SÁCH THUẬT NGỮ ..................................................... 5
LỜI CẢM ƠN ...................................................................... 10
LỜI CAM ĐOAN .................................................................. 11
GIỚI THIỆU ........................................................................ 12
Chƣơng I ............................................................................. 15
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM ...................................... 15
1 . 1 N g u yê n l ý O F D M [ 2 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5
1.1.1 Trực giao „Orthogonal‟ ............................................ 15
1.1.2 Cấu trúc chung. ....................................................... 17
1.1.3 Kỹ thuật điều chế .................................................... 18
1.1.4 Khoảng bảo vệ và tiền tố lặp. .................................... 21
1.1.5 Tạo của sổ .............................................................. 21
1.1.6 Ghép xen................................................................ 21
1.1.7 Tác dụng của chèn CP .............................................. 22
1.2 Ƣu điểm và nhƣợc điểm[8] ............................................. 24
1.2.1 Ƣu điểm ................................................................. 25
1.2.2 Nhƣợc điểm ............................................................ 25
Chƣơng II ........................................................................... 26
TỔNG QUAN VỀ MIMO VÀ KỸ THUẬT THÍCH NGHI ............. 26
2.1 Các kỹ thuật phân tập .................................................... 26
2 . 2 C á c h ệ t h ố n g t r u yề n t h ô n g d ù n g a n t e n v à d u n g n ă n g c ủ a
chúng[3] ........................................................................... 28
2.2.1 Hệ thống SISO. ....................................................... 29
2.2.2 Hệ thống SIMO. ...................................................... 29
2.2.3 Hệ thống MISO. ...................................................... 29
2.3 Các độ lợi trong hệ thống MIMO .................................... 35
2.3.1 Độ lợi tạo chùm. ..................................................... 35
2.3.2 Độ lợi ghép kênh không gian .................................... 36
2.3.3 Độ lợi phân tập ....................................................... 36
2.4 Kỹ thuật thích nghi[1]. .................................................. 36
2.4.1 Xử lý tín hiệu thích nghi. ......................................... 36
Chƣơng III .......................................................................... 42
MÃ KHỐI KHÔNG GIAN-TẦN SỐ SFBC(SPACE-FREQUENCY
BLOCK CODE) TRONG HỆ MIMO-OFDM ............................... 42
3.1 Tổng quan về mã khối không thời gian STBC[6]. .............. 42
3.1.1 Kỹ thuật phân tập Alamo uti[1]. ................................. 42
3.1.2 Mã khối không thời gian cho trƣờng hợp nhiều anten phát,
nhiều anten thu[1]. .......................................................... 46
1
3.2 Mã khối không gian tần số (SFBC) ................................. 48
3.2.1 Phía phát. ............................................................... 49
3.2.2 Phần thu ................................................................ 50
3.3 Mã không gian tần số thích nghi ASFBC(Adaptivity Space Frequency Block Coding) trong hệ MIMO -OFDM[1]. .............. 52
3.3.1 Mã SFB và phân bố bit. ............................................ 52
3.3.2 Mã không gian tần số và phân tập chọn lọc phát
T S D ( T r a n m i t S e l e c t i o n D i v e r s i t y) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6
Chƣơng IV .......................................................................... 61
MÔ PHỎNG ......................................................................... 61
4.1 Mục đích mô phỏng....................................................... 61
4.2 Sơ đồ mô phỏng[7]. ...................................................... 61
4.3 Thông số mô phỏng: ...................................................... 63
4.4 Kết quả mô phỏng. ........................................................ 64
4.4.1 Chòm sao tín hiệu ứng với thông số của hiệu ứng doppler
khác nhau ....................................................................... 64
4.4.2 Đồ thị tỷ lệ lỗi bit với hiệu ứng Doppler khác nhau trong
trƣờng hợp sử dụng phƣơng pháp ƣớc đoán kênh MMSE ........ 72
4.4.3 Đồ thị so sánh tỷ lệ lỗi bit giữa h ai phƣơng pháp ƣớc
đoán kênh LS và MMSE. .................................................. 76
KẾT LUẬN.......................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................... 82
2
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.2: Phổ của tín hiệu OFDM ...........................................
Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống OFDM ......................................
H ì n h 2 . 1 : K ê n h t r u yề n n h i ễ u G a u s s t r ắ n g s o n g s o n g . . . . . . . . . . . . . . . . . .
H ì n h 2 . 2 : H ệ k ê n h t r u yề n n h i ễ u G a u s s t r ắ n g s o n g s o n g t ƣ ơ n g
đƣơng. ................................................................................
Hình 3.1: Sơ đồ mã hóa Alamouti 2 anten phát một anten thu. ....
17
20
31
33
44
H ì n h 3 . 2 : S ơ đ ồ A l a m o u t i c h o t r ƣ ờ n g h ợ p 2 a n t e n p h á t v à nR a n t e n
thu ..................................................................................... 45
Hình 3.4: Mã khối không gian tần số trong bộ phát OFDM ......... 49
Hình 3.5: Bộ giải mã SFBC .................................................... 51
Hình 3.6.Xác suất lỗi ký hiệu trung bình theo SNR trung bình trong
trƣờng hợp M-QAM. ............................................................. 54
Hình 4.1. Phần phát .............................................................. 62
H ì n h 4 . 2 . K ê n h T r u yề n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2
Hình 4.3. Phần Thu ............................................................... 63
Hình 4.4: Giản đồ chòm sao LS(không có doppler) .................... 64
fd = 1 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5
f =
Giản đồ chòm sao LS( d 20) .................................. 65
f =
Giản đồ chòm sao LS( d 30) .................................. 66
f =
Giản đồ chòm sao LS( d 40) .................................. 66
f =
Giản đồ chòm sao LS( d 60) .................................. 67
Hình 4.5: Giản đồ chòm sao LS(
Hình 4.6:
Hình 4.7:
Hình 4.8:
Hình 4.9:
f =
Hình 4.10: Giản đồ chòm sao LS( d 80) ................................ 68
Hình 4.11: Giản đồ chòm sao MMSE(không có doppler) ............. 68
fd = 1 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 9
f =
Giản đồ chòm sao MMSE( d 20) ........................... 69
f =
Giản đồ chòm sao MMSE( d 30) ........................... 70
f =
Giản đồ chòm sao MMSE( d 40) ........................... 70
f =
Giản đồ chòm sao MMSE( d 60) ........................... 71
Hình 4.12: Giản đồ chòm sao MMSE(
Hình 4.13:
Hình 4.14:
Hình 4.15:
Hình 4.16:
f =
Hình 4.17: Giản đồ chòm sao MMSE( d 80) ........................... 71
Hình 4.18: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE(không có
Doppler) ............................................................................. 72
fd = 1 0 ) 7 3
f =
Hình 4.20: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE( d 20 . 73
Hình 4.19: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE(
3
fd = 3 0 ) 7 4
f =
Hình 4.22: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE( d 40) 74
f =
Hình 4.23: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE( d 60) 75
f =
Hình 4.24: Đồ thị t ỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE( d 80) 75
Hình 4.21: Đồ thị tỷ lệ lỗi bit dùng phƣơng pháp MMSE(
Hình 4.25: Đồ thị so sánh BER (không có doppler) ................... 76
fd = 1 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7
f =
Đồ thị so sánh BER ( d 20) .................................. 78
f =
Đồ thị so sánh BER ( d 30) .................................. 78
f =
Đồ thị so sánh BER ( d 40) .................................. 79
f =
Đồ thị so sánh BER ( d 60) .................................. 79
Hình 4.26: Đồ thị so sánh BER (
Hình 4.27:
Hình 4.28:
Hình 4.29:
Hình 4.30:
Hình 4.31: Đồ thị so sánh BER (
fd = 8 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0
4
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
3G
3rd Generation Mobile
T e l e c o m m u n i c a t i o n S ys t e m
Hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ 3
4G
4rd Generation Mobile
T e l e c o m m u n i c a t i o n S ys t e m
Hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ 4
AWGN
Additive While Gaussian
Noise
Nhiễu Gauss trắng
cộng tính
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
BL
Bit Loading
Phân phối bit
B i n a r y P h a s e S h i f t K e yi n g
CP
C yc l i c P r e f i x
Khóa dịch pha hai
trạng thái
Tiền tố lặp
CRS
Code Rate Selection
Chọn lọc tỷ lệ mã
Channel State Information
Thông tin trạng thái
kênh
Diagonal Bell Laboratories
L a ye r e d S p a c e - T i m e
Không gian-Thời
gian phân lớp dọc
Discrete Fourier Transform
Biến đổi Fourier rời
rạc
Dicrete Multi-Tone
Đa tần rời rạc
Equal-Gain Combining
Kết hợp độ lợi cân
bằng
European Standards
Institude Broadband Radio
Access Networks
Các mạng truy nhập
không dây băng
rộng-viện tiêu chuẩn
châu âu
Fast Fourier Tranform
Biến đổi Fourier
BPSK
CSI
D-BLAST
DFT
DMT
EGC
ETSI BRAN
FFT
5
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
nhanh
FWA
Fix Wireless Access
HIPERLAN/2
HIgh PERformance Local
Area Networks type 2
HIPERMAN
HIgh PERformance
Metropolitan Area
Networks
Truy nhập không dây
cố định
Mạng cục bộ băng
rộng 2
Mạng cục bộ băng
rộng
ICI
Inter-Carrier Interference
Nhiễu giữa các sóng
mang
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Tranform
Biến đổi Fourier
ngƣợc rời rạc
IEEE
Instute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ thuật điện
và điện tử
Inverse Fourier Transform
Biến đổi Fourier
ngƣợc
IFFT
Inverse Fast Fourier
Transform
Biến đổi Fourier
nhanh ngƣợc
LS
Least Square
ISM
Industrial, Scientific and
Medical
Bình phƣơng trung
bình lớn nhất
Tổ chức y tế khoa
học và công nghiệp
IST
Information Society
Technology
Công nghệ xã hội
thông tin
LDPC
Low-Density Parity Check
LST
L a ye r - S p a c e T i m e
MAC
Medium Access Control
MAE
Multiple Array Element
Kiểm tra chẵn lẻ mật
độ thấp
Lớp không gian-thời
gian
Điều khiển truy nhập
môi trƣờng
Phần tử nhiều mảng
MIMO
Multilpe-Input MultilpeOutput
Nhiều đầu vào-Nhiều
đầu ra
IFT
6
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MISO
Multilpe-Input SingleOutput
Nhiều đầu vào-một
đầu ra
ML
Maximum Likelihood
Tƣơng quan tối đa
Multimedia Mobile Access
Communication
Truy nhập viễn thông
di động đa phƣơng
tiện
Minimun Mean Square
Error
Bình phƣơng lỗi
trung bình cực tiểu
M e d i a P l a ye r
Phƣơng tiện trình
diễn
MMAC
MMSE
MP
MPEG
Moving Pictures Experts
Group
Hội phim ảnh thế
giới
Maximum Ratio Combining
Kết hợp tỷ số cực đại
Non-Light Of Sight
Môi trƣờng bị che
khuất
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia
tần số trực giao
PAPR
Peak-to-Average Power
Ratio
Tỷ số công suất đỉnh
trên trung bình
PHN
Phase Noise
Ồn pha
PHY
P h ys i c a l
Vật lý
PSD
Power Spectral Density
Mật độ phổ công suất
PSK
P h a s e S h i f t K e yi n g
Khóa dịch pha
QAM
Quadrature Ampliotude
Modulation
Điều chế biên độ cầu
phƣơng
QPSK
Quadrature Phase Shift
K e yi n g
Khóa dịch pha cầu
phƣơng
MRC
NLOS
7
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
RFO
Residual Frequency Offset
Trội tần dƣ
SAD
Selection Antenna
Diversity
Phân tập chọn lọc
anten
SBLA
Simple Blockwise Loading
Algorithm
Thuật toán tải khối
đơn giản
SF
Space-Frequency
Không gian-Tần số
SFB
Space-Frequency Block
SIMO
Single-Input MultipleOutput
Mã khối không gianTần số
Một đầu vào-nhiều
đầu ra
SISO
SM
Single-Input Single-Output
Một đầu vào-một đầu
ra
Spatial Multiplexing
Ghép kênh không
gian
SNR
Signal-to-Noise Ratio
SSD
Swich Selection Diversity
ST
Space-Time
STB
Space-Time Block
STF
Space-Time Frequency
SVD
Singular Value
Decomposition
TSD
UMTS
Transmit Selection
Diversity
V-BLAST
Universal Mobile
Telecommunicational
S ys t e m
Vertical Bell Laboratories
VNS
Variable Number of State
8
Tỷ số tín hiệu trên
tạp âm
Phân tập chọn lọc
c h u yể n m ạ c h
Không gian-Thời
gian
Khối không gian-thời
gian
Không gian-thời gian
tần số
Phân tách giá trị đơn
Phân tập chọn lọc
phát
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
Các phòng thí
nghiệm Bell
Số khả biến của
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
VoIP
W-LAN
Voice over Internet
Protocol
Wireless Local Area
Networks
9
trạng thái
Giao thức thoại trên
nền tảng Internet
Mạng cục bộ không
dây
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa
Điện tử viễn thông, các bạn học viên khóa K13Đ2 - Trƣờng Đại
Học Công Nghệ - ĐHQG HN đã giúp đỡ em trong những năm học
vừa qua. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các cán bộ
t r o n g b ộ m ô n T h ô n g t i n v ô t u yế n đ ã t ạ o đ i ề u k i ệ n c h o e m h o à n
thành luận văn này, đặc biệt là thầy Nguyễn Viết Kính đã tận tình
hƣớng dẫn gúp đỡ, giúp em vƣợt qua mọi khó khăn để hoàn thành
l u ậ n v ă n n à y.
Hà Nội, tháng 04/2011
Học viên
Nguyễn Trọng Tấn
10
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả của riêng tôi, không sao
chép của ai. Nội dung luận văn có tham k hảo và sử dụng các tài
liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang
Web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Học viên
N g u yễ n T r ọ n g T ấ n
11
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GIỚI THIỆU
Chúng ta đang chứng kiến sự phát triển bùng nổ của thị
trƣờng viễn thông từ cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, và đang bắt
đ ầ u k ỷ n g u y ê n t r u yề n s ố l i ệ u . S ự p h á t t r i ể n c ủ a v i x ử l ý g ó p p h ầ n
chính vào sự bùng nổ của ng ành viễn thông. Tuy nhiên, sự p hát
triển đó là nguồn gốc cho hai lĩnh vực mà sau đó chúng phát triển
tách rời nhau: Thứ nhất, lĩnh vực máy tính và công nghệ phần mềm
đã hỗ trợ và làm lên sự phát triển thàn h công nhanh chóng và đặc
b i ệ t c ủ a i n t e r n e t . T h ứ h a i , t r o n g l ĩ n h v ự c k ỹ t h u ậ t t r u yề n t h ô n g v à
xử lý tín hiệu tập trung vào giải pháp thông tin di động đã đƣợc
khách hàng đón nhận nhiệt tình.
Các hệ thống di động và internet làm tăng thêm sự mong đợi
của ngƣời sử dụng về dung lƣợng và dịch vụ. Ngƣời sử dụng các
t h i ế t b ị d i đ ộ n g c ó k h ả n ă n g t r u yề n c á c b ả n t i n t ừ t h i ế t b ị c ủ a h ọ .
V ớ i i n t e r n e t , c á c ứ n g d ụ n g đ a t r u yề n t h ô n g n h ƣ w e b c a m x u ấ t h i ệ n ,
các dịch vụ thời gian thực sẽ rất đƣợc mong đợi trong tƣợng lai. Để
đáp ứng đầy đủ và nhanh chóng nhu cầu của ngƣời sử dụng, các
công nghệ nén đa dịch vụ nhƣ MPEG(Moving Pictures Expert
G r o u p ) v à M P ( M e d i a P l a ye r ) . V o I P ( V o i c e o v e r t h e I n t e r n e t
Protocol) là dịch vụ thời gian thực đầu tiên phát triển cho phép hợp
nhất internet và chuẩn mạng điện thoại.
H i ể n n h i ê n l à c á c h đ ể đ ạ t đ ƣ ợ c t ố c đ ộ t r u yề n d ẫ n i n t e r n e t c a o
là nâng cao sự hỗ trợ viễn thông. Internet bùng nổ và thành công
một phần là vì nó dựa vào nền tảng sẵn có c ủa mạng điện thoại.
T u y n h i ê n , m ạ n g đ i ệ n t h o ạ i k h ô n g t h i ế t k ế đ ể t r u yề n t ố c đ ộ c a o .
Cáp điện thoại chỉ đạt đƣợc tốc độ thấp mà các modem internet đã
đ ạ t đ ƣ ợ c . D o đ ó p h ả i t ì m r a m ộ t c á c h t r u yề n d ẫ n k h á c đ ể t h a y t h ế
cáp điện thoại. Cáp quang là một giải pháp khả thi song nó rất đắt
và triển khai tƣơng đối phức tạp và cồng kềnh. Một trong những
đặc tính của internet là sử dụng môi trƣờng băng rộng nhƣ đƣờng
dây điện thoại. Cải thiên sự hỗ trợ của internet sẽ là m đa dạng tốc
đ ộ t r u yề n d ẫ n t ớ i n g ƣ ờ i s ử d ụ n g . Đ i ề u đ ó c ó t h ể ả n h h ƣ ở n g t r ự c
tiếp tới số lƣợng thuê bao. Một giải pháp thực tế hơn là internet
b ă n g r ộ n g k h ô n g d â y.
Ƣ u đ i ể m c ủ a m ạ n g v ô t u yế n s o v ớ i m ạ n g h ữ u t u y ế n l à k h á
nhiều. Ví dụ, các hệ thống không dây dễ dàng nâng cấp với c ác sản
phẩm có phiên bản mới hiệu quả hơn. Hơn nữa, các hệ thống không
dây mềm dẻo hơn cả về lĩnh vực công nghệ và khả năng triển khai
mạng. Ngƣợc lại, để có đƣợc băng thông để khai thác và sử dụng
rất đắt, một hạn chế khác là sự phát triển của các hệ thống không
dây mới khó và mất nhiều thời gian.
12
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dựa vào sự thành công của thị t rƣờng di động, các tổ chức
viễn thông của châu âu và mỹ cố gắng tập trung phát triển thống
nhất một chuẩn cho các hệ thống 3G. H ệ thống thông tin di động
t o à n c ầ u U M T S ( U n i v e r s a l M o b i l e T e l e c o m m u n i c a t i o n S ys t e m ) l à
một trong các chuẩn đó, đang trong giai đo ạn chuẩn hóa và phát
t r i ể n . N h ữ n g m o n g đ ợ i b a n đ ầ u v ề t ố c đ ộ t r u yề n c ó t h ể c u n g c ấ p
trong khoảng 2Mbps của UMTS tại thời điểm đó dƣờng nhƣ không
khả thi. Vào thời điểm đó tổ chức chuẩn hóa đã tổ chức các hệ
thống di động trong tƣơng lai mà tốc độ thông tin đạt đƣợc vƣợt
2Mbps. Các hệ thống đó phải hƣớng tới các hệ thống 3G, 4G. T rong
các công nghệ ứng dụng cho các hệ di động băng rộng 4G thì công
nghệ ghép kênh trực giao OFDM mang lại nhiều hứa hẹn.
Cho dù OFDM dƣờng nhƣ làm thỏa mãn sự mong đợi cho
t r u yề n d ẫ n d u n g l ƣ ợ n g c a o , s o n g n ó c h ỉ c ó k h ả n ă n g c ả i t h i ệ n d u n g
l ƣ ợ n g t r u yề n d ẫ n . M ộ t x u h ƣ ớ n g c ô n g n g h ệ m ớ i t r o n g t r u yề n t h ô n g
không dây đòi hỏi cần khai thác mảng nhiều phần tử (MEA) cả nơi
p h á t v à n ơ i t h u . C á c k ế t q u ả l ý t h u yế t c h ỉ r a M E A c ó k h ả n ă n g c ả i
thiện hiệu quả dung lƣợng của hệ thống. Những tiến bộ gần đây về
xử lý tín hiệu và phần cứng mang lại sự hấp dẫn cho công nghệ
MEA. Hiển nhiên là khả năng tăng dung lƣợng của hệ MEA thúc
đẩy các tổ chức chuẩn hóa lựa chọn MEA là một chuẩn.
Sự phát triển của các hệ thống 4G đang đƣợc các tổ chức
chuẩn hóa rất quan tâm, trong đó có các ứng dụng của công nghệ
MEA trong môi trƣờng truy cập không dây cố định. Mục đích đáp
ứng nhu cầu về dung lƣợng cao của ngƣời sử dụng băng cách tạo ra
m ộ t m ạ n g n ộ i b ộ k h ô n g d â y( W _ L A N ) đ ể k ế t n ố i t r o n g n h à , t ò a n h à
l ớ n t h ậ m c h í l à k ế t n ố i c á c m á y t ì n h t r o n g c ô n g t y. T ấ t n h i ê n k h ô n g
có khả năng di động (hoặc di động cực kỳ chậm) ở cả nơi thu và
phát làm đơn giản hóa th iết kế của hệ thống. Trong hệ F WA môi
trƣờng kênh biến đổi rất chậm có thể khảo sát nhƣ hệ tĩnh. Từ đó
c ó t h ể d à n h m ộ t p h ầ n c ủ a b ă n g t h ô n g đ ể t r u yề n l ạ i n ơ i p h á t m ộ t s ố
thông tin ngắn diễn tả chất lƣợng của nơi nhận. Thông tin đó có thể
đƣợc sử dụng để nâng cao các tham số của hệ thống. Trong trƣờng
hợp đặc biệt, trạng thái kênh nơi nhận biết đƣợc nơi thu, và thích
ứ n g v ớ i t í n h i ệ u t r u yề n đ ể c ả i t h i ệ n t í n h i ệ u n h ậ n đ ƣ ợ c đ ó l à t í n
hiệu thích nghi. Tính chất đó của hệ thống gọi là thích nghi.
Nội dung của luận
nghi cho hệ đa anten sử
có thể xử lý hết do có
thích nghi, vì vậy ta chỉ
văn này là tìm hiểu về phƣơng pháp thích
dụng công nghệ OFDM. Tuy nhiên, rất khó
nhiều các thông số trong quá trình xử lý
khảo sát một vài thông số chính.
Luận văn này đƣợc xắp xếp nhƣ sau: Chƣơng I giới thiệu về
OFDM. Chƣơng II giới thiệu các hệ nhiều anten, làm rõ một số khái
13
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
niêm cần thiết cho sự phát triển của luận văn, giải thích chi tiết
quá trình xử lý tín hiệu thích nghi. Giải thích các đặc tính của
kênh, các thông số chính của hệ thống và đƣa ra một số nhƣợc
điểm. Chƣơng III giới thiệu về mã khối không gian thời gian,
không gian tần số và một số kỹ thuật thích nghi khác dựa vào các
mã đó. Chƣơng IV giới thiệu các kết quả mô phỏng hệ MIMO OFDM sử dụng mã SFBC và so sánh các kết quả thu đƣợc.
14
Chƣơng I
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM
Hệ thống OFDM thuộc vào lớp các hệ thống đa tần rời rạc
( D M T ) , t ƣ ơ n g ứ n g v ớ i c á c h ệ t h ố n g t r u yề n d ẫ n đ a s ó n g m a n g .
N g u yê n l ý c h í n h c ủ a t r u yề n d ẫ n đ a s ó n g m a n g l à p h â n l u ồ n g
dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và đƣ ợc
t r u yề n đ i b ằ n g c á c s ó n g m a n g c o n t r o n g c ù n g m ộ t k h o ả n g t h ờ i g i a n .
OFDM có thể là kỹ thuật ghép kênh hoặc kỹ thuật điều chế. Thuật
ngữ “trực giao” trong OFDM để chỉ mối quan hệ xác định giữa các
sóng mang con của các ký hiệu OFDM. Trực giao giữa các sóng
mang con là tiết kiệm băng tần do các sóng mang con có thể chồng
lấn lên nhau trong khi đó ISI gần nhƣ đƣợc loại bỏ hoàn toàn. Bên
cạnh tính trực giao, OFDM cũng yêu cầu xử lý quan hệ cân bằng
đơn giản. Điều đó làm cho kỹ thuật OFDM trở lên rất hấp d ẫn với
các hệ thống 4G.
Khái niệm chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ
l i ệ u t ố c đ ộ t h ấ p h ơ n đ ể s ử d ụ n g t r u yề n d ẫ n s o n g s o n g b ằ n g c á c h
ghép kênh theo tần số xuất hiên lần đầu tiên vào những năm 1960.
Tuy nhiên, do sự hạn chế về mặt công nghệ n ên nó ít đƣợc chú ý
tới. Hiện nay do sự phát triển của phần cứng và nhu cầu của thị
trƣờng viễn thông, OFDM phát triển trở lại và đƣợc ngành công
nghiệp viễn thông thế giới rất quan tâm. Có ba tổ chức chính chịu
t r á c h n h i ệ m c h u ẩ n h ó a c á c h ệ t h ố n g v i ễ n t h ô n g b ă n g r ộ n g . Ở M ỹ,
viện kỹ thuật điện v à điện tử (IEEE) đƣa ra các chuẩ n IEEE802.11
và IEEE802.16a. Tại châu âu, “viện chuẩn hóa mạng truy nhập vô
t u yế n b ă n g r ộ n g ” đ ƣ a r a h a i c h u ẩ n l à H I P E R L A N / 2 v à H I P E R M A N .
Tại Nhật Bản, “tổ chức chuẩn hóa băng rộng ” đƣa ra chuẩn MMAC.
Nhìn chung, hầu hết các chuẩn đều tập chung ở dải tần 2.4 Ghz và
5Ghz.
Sau đây chúng ta sẽ khảo sát những nét chính về kỹ thuật
OFDM.
1.1 Nguyên lý OFDM[2]
1.1.1 Trực giao ‘Orthogonal’
15
Sự trực giao „Orthogonal‟ chỉ ra mối quan hệ chính xác giữa
các tần số của các sóng mang trong hệ OFDM. Trong các hệ thống
FDM thông thƣờng, nhiều sóng mang đƣợc cách nhau một khoảng
phù hợp để tín hiệu có thể thu đƣợc bằng các bộ lọc và bộ giải điều
chế thông thƣờng. Nhƣ vậy phải cần một khoảng t ần số bảo vệ giữa
các sóng mang, điều này làm cho hiệu xuất phổ của hệ thống giảm
đi. Trong các hệ thống OFDM nhờ sử dụng trực giao nên độ rộng
băng tần có thể tiết kiệm đƣợc đến 50%. Khái niệm trực giao đòi
hỏi mối liên hệ toán học chính xác giữa các tần số của các sóng
mang. Hình 1.1 dƣới đây minh họa hiệu suất phổ tần số của hệ
OFDM so với hệ FDM thông thƣờng.
Hình 1.1 So sánh giữa OFDM và FDM
Gọi i và k là tập hợp tín hiệu xác định và là tín hiệu thứ i
và thứ k trong tập hợp các tín hiệu trực giao nếu:
b
(t )
i
a
k
K
(t )dt
0
ik
ik
(1.1)
16
Trong kỹ thuật OFDM phép biến đổi Fourier rời rạc DFT
(Discrete Fourier Transform) đƣợc sử dụng để điều chế và giải điều
chế tín hiệu nhằm đảm bảo sự trực giao nói trên. Tại nơi phát các
sóng mang đƣợc thực hiện bởi phép biến đổi Fourie ngƣợc rời rạc
IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) tại nơi thu sử dụng phép
biến đổi DFT và tính toán các giá trị tƣơng quan với tần số trung
tâm của mỗi sóng mang con để mỗi sóng mang đƣợc giả i điều chế
chính xác, khôi phục lại dữ liệu truyền mà không có nhiễu giữa các
sóng mang. Hình 1.2 dƣới đây minh họa phổ của tín hiệu OFDM.
Hình 1.2: Phổ của tín hiệu OFDM
1.1.2 Cấu trúc chung.
M ộ t v ấ n đ ề c ầ n g i ả i q u yế t đ ố i v ớ i h ệ đ a s ó n g m a n g n ó i c h u n g
và OFDM nói riêng là nhiễu giữa các ký hiệu ISI(Inters ymbol
Interference). OFDM loại trừ gần nhƣ hoàn toàn ISI nhờ việc tạo ra
khoảng bảo vệ trong các ký hiệu.
Một tín hiệu OFDM là tổng của các sóng mang thƣờng đƣợc
điều chế bằng khóa dịch pha PSK hoặc điều chế biên độ vuông góc
QAM. Mỗi ký hiệu OFDM có thể đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
17
N s 1
i 0.5
2
t ts
Re d i N s exp j 2 f c
s(t ) i N s
T
2
2
0
ts t ts T
t ts
& t ts T
(1.2)
Trong đó:
Ns : l à s ố l ƣ ợn g c á c s ó n g m a n g .
di : l à k ý h i ệ u Q A M h a y P S K p h ứ c t h ứ i .
T
: là độ rộng của ký hiệu.
fc : l à t ầ n s ố s ó n g m a n g .
Biểu diễn băng gốc phức tƣơng đƣơng
N2s 1
i
d i N s exp j 2 t t s
s(t ) i N s
T
2
2
0
ts t ts T
t ts
&
t ts T
(1.3)
Trong trƣờng hợp này phần thực và phần ảo tƣơng đƣơng với
thành phần đồng pha và thành phần vuông pha trong tín hiệu
OFDM.
Tín hiệu OFDM phức trong hình phƣơ ng trình (1.2) là biến
đổi Fourier ngƣợc của ký hiệu QAM hay PSK lối vào. Trong hệ rời
rạc thì đó là phép biến đổi Fouri er rời rạc. Thực tế phép biến đổ i
này có thể đƣợc thực hiện rất nhanh và hiệu quả nhờ phép biến đổi
ngƣợc Fourier nhanh IF FT.
1.1.3 Kỹ thuật điều chế
Về mặt toán học mỗi sóng mang đƣợc miêu tả là một sóng
mang phức:
Sc (t ) Ac (t )e j (ct c (t ))
(1.4)
18
- Xem thêm -