ƯƠ
Ứ
Ụ
CH
Ờ Ố NG 3: NG D NG MÃ KH I KHÔNG GIAN VÀ TH I
GIAN (STBC) TRONG OFDM
:
ớ I.Gi 1.1. Gi
ầ
ạ ộ
ệ ề ệ : i thi u ế ệ ế ữ ệ
ố ố ố ớ
i thi u v Alamouti ớ ủ Các th h ti p theo c a wireless yêu c u ch t l ề ư
ỉ ờ
ấ ử ụ ấ ượ ng t ữ t trong nh ng môi tr ỏ ấ ượ ệ
ạ ể ờ
ả ộ
ả ố ố ơ t h n, t c ơ ộ ườ đ truy n d li u cao h n. Ho t đ ng t ng khác ế bào; thành ph l n, thành ph nh , nông thôn; nhau nh : vi mô, vĩ mô, t ở ố ế ệ ế ng t trong nhà và ngoài tr i. Các th h ti p theo không ch có ch t l t ả ơ ơ ơ h n mà còn có công su t cao h n và s d ng băng thông hi u qu h n, ụ ượ ị ườ ồ đ ng khác nhau. Đ ng th i các d ch v ị ả ượ ử ụ c s d ng r ng rãi trong th ph i có giá c ph i chăng đ d dàng đ ẻ ậ ườ chúng ta s d ng phân t p theo không gian có v là tr ệ hi u qu nh t đ i v i các th h ti p theo.
c tri n khai trên các lo i môi tr ả ể ễ ự ế ng. Trên th c t ấ ố ớ ấ ượ ử ụ ế ệ ế ỗ ả ườ ề i trong fading đa đ ng và gi m l Tăng ch t l
ắ
ả ầ
ừ ế
ế s SNR t ườ ư ậ ỷ ố ườ ng fading đa đ
ở ộ ề ả
ỹ
ậ ẫ ấ
ề ặ ấ ầ ở
ấ ng là v n đ vô ơ ử ụ ễ cùng khó khăn.Thêm vào đó còn có nhi u Gauss tr ng. Khi s d ng các s 3thì ch yêu c u ph i ừ 2 xu ng 10 ồ ề ả ỉ ố đ đi u ch và mã hóa, gi m BER t 10 ể ạ ỷ ố ư tăng t 1 đ n 2 dB. Trong khi đó đ đ t BER nh trên và trong ả ể ng nh v y có th ph i tăng s s SNR lên cùng môi tr ế ấ đ n 10dB. Tăng công su t phát và m r ng băng truy n không ph i là ớ ệ ỷ ố ữ ấ ể ả s SNR, đây là k thu t trá v i nh ng yêu cách duy nh t đ c i thi n t ữ ạ ượ ậ ế ệ ế ủ ầ c nh ng c u c a th h ti p theo. Vì v y v n đ đ t ra là v n đ t đ ở ộ tiêu chí trên mà không c n tăng công su t phát hay là m r ng băng thông.
ỹ ậ ế ệ ấ ể ả ả V m t lý thuy t, k thu t hi u qu nh t đ gi m nh h
ấ ế ặ ề ệ
ướ ủ
ế ấ ỳ ủ
ề ầ
ồ ế ừ ề ả ộ
ề ứ ạ ườ ộ ố ứ ụ ơ ủ ưở ng c a ấ ị ớ thì vi c tăng công su t b gi i ế ộ c và chi phí c a các b khu ch t b t k thông tin nào c a bên bên thu v bên phát. Do đó ủ ả ng c a kênh truy n và tăng đ ph c t p c a c bên ồ ề ng truy n h i
ả ự ế ể fading là đi u khi n công su t. Trên th c t ạ ộ ụ h n và còn ph thu c vào kích th ộ ấ ề ữ ạ đ i.M t v n đ n a là bên phát không bi ộ ườ ậ ng truy n h i ti p t thu. Vì v y c n m t đ ượ ủ làm gi m thông l ữ phát và thu. H n n a, trong m t s ng d ng không có đ ti p.ế
ậ ằ ữ Trong nh ng môi tr ng b c x , phân t p không gian b ng cách s
ề ứ ạ ỗ ạ ả
ả ươ
ể ế ợ ể ượ ể ể ử ụ c tín hi u t
ệ ố ớ ề ớ ề
ử ụ ỹ ượ ụ ậ ử ườ ượ ử ụ ụ i hi u qu trong c s d ng r ng rãi và mang l d ng nhi u anten đã đ ề ườ ệ ng pháp kinh đi n là s d ng nhi u ng. Ph vi c gi m fading đa đ ấ ọ ọ ặ anten bên thu đ k t h p ho c ch n l c đ thu đ t nh t. ộ ấ M t v n đ l n khi s d ng nhi u anten bên thu là chi phí l n, tăng kích ể ỡ ủ c c a máy thu. Do đó, k thu t này đ ố ớ c áp d ng đ i v i bên phát đ
ấ ượ ụ ạ
ộ ng d ch v . M t tr m phát th ệ ế ạ ượ ớ ả ườ đ t đ
ố ớ ụ ậ
ỹ ấ ẫ ở ụ ụ ị ệ ả ng ph c v hàng trăm c i thi n ch t l ớ ơ ế đ n hàng ngàn máy thu. Dó đó hi u qu kinh t c l n h n so v i ậ khi áp d ng k thu t này đ i v i bên thu. Đó là lý do làm cho phân t p bên thu tr nên h p d n.
ớ ớ
ơ ồ
ậ
:
1.2. S đ phân t p m i v i 2 anten phát và 1 anten thu
ề
ỳ
ệ ượ
ờ ừ
2
ệ ừ
, hai tín hi u đ ệ ừ 0 và tín hi u t
ệ
ề anten 2 ký hi u là S ượ ệ
0
ồ c truy n đ ng th i t ệ * đ
1. Trong chu c truy n t
ề ừ
anten 0 và tín hi u S
ự ế ế ả
ệ ượ c truy n t ầ ự ủ
* đ 1 ề
ẫ : 1.2.1. Mã hóa và truy n d n ự ộ Trong cùng m t chu k ký t anten. Tín hi u t anten 0 ký hi u S ỳ k ký t k ti p, tín hi u –S anten 1. B ng mã hóa và truy n tu n t
ề ừ c a 2 anten.
0(t) và anten 1 là h1(t).
ể ờ ạ T i th i đi m t, đ l ả ử Gi
ố ớ ộ ơ ườ ề ng truy n đ i v i anten 0 là h i đ ự ế ế ữ ổ s fading không đ i gi a 2 ký t
k ti p nhau. Do đó ta có:
ồ ạ ủ
ờ
ự
Trong đó: T là th i gian t n t
i c a ký t
.
ậ ượ
ệ
Tín hi u nh n đ
c:
ố
:
1.3.2. Kh i combining T ng h p 2 tín hi u nh n đ
ệ ổ ợ ậ ượ c :
ở ượ trên vào ta đ c: Thay h0, h1, r0,r1
ấ ỗ ượ ử ụ ụ ứ ề ế i thu đ c khi ng d ng Alamouti ( s d ng đi u ch BPSK)
1 2
1
P e
1 2
0
2 1 NE / 2 b ễ ệ s tín hi u trên nhi u.
Xác su t l là: (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
ả
ỷ ố Trong đó: Eb/N0 là t ế 1.3.4. K t qu thu đ
ượ : c
BER for BPSK modulation with Alamouti STBC (Rayleigh channel)
-1
10
Voi 1Tx & 1Rx(theo ly thuyet) Voi 2Tx & 1Rx, Alamouti(ly thuyet) Voi 2Tx & 1Rx, Alamouti(Mo phong)
-2
10
e t a R
r o r r
-3
E
10
t i
B
-4
10
0
5
10
15
20
25
Eb/No, dB
: BER thu đ ử ụ
ấ ỹ ượ ế ả ỏ
ậ ớ c k t qu mô ph ng xu t x BER tính theo công trên. Khi s d ng phân t p v i 2 anten phát và 1 anten thu thì BER
ậ Nh n xét ứ ở th c ể ả gi m đi đáng k .
ụ
Ứ
:
ổ
II. ng d ng alamouti trong OFDM 2.1.Mô hình t ng quát
:
ơ ồ ổ ớ S đ t ng quát v i n anten phát và m anten thu
ớ
2.2.Mô hình v i 2 anten phát và 1 anten thu
:
ộ ệ ố
ớ
ậ ượ
ư
ẽ
và m t anten nh n đ
Chúng ta xét m t h th ng OFDM singleuser v i hai anten phát ộ c mô ta nh trong hình v .
Tx 1
IFFT
h1(n )
ỗ
Chu i bi vào
P/S & Cyclic Prefix
i u ch
Đ ề
ế
R x
Mã hóa STBC
Tx 2
IFFT
h2(n )
PS & Cyclic Prefix
ỗ
Chu i bit ra
Gi
i mã
Gi
i i u
FFT
ả STBC
Xoá CP & S/P
ả đ ề Chề
2.3. Mô t Gi
f
(cid:0) (cid:0)
, v i k=0,1,…N1 và ế ở ạ ầ ượ ắ ố ế ớ ề ạ ỗ
ả ệ ố : h th ng ượ ả ử ệ ố c s h th ng OFDM có N sóng mang con. Băng thông B đ f i t n s k ặ c s p x p và đi u ch b i PSK, ho c
ở chia thành N sóng mang con t =B/N.T i bên phát, chu i bit đ ỗ ố ứ QPSK... tr thành chu i s ph c:
Ci=[c0,i; c1,i; c2,i….. cQ1,i]
ứ ế
ph c th i. ự ổ ừ ố ế ự này s đ song song
ự ứ ố n i ti p thành N kí t ư ề ố ứ ể c chuy n đ i t ớ ớ ẻ ượ ổ ươ ứ Trong đó: Q=log2 M v i M: s m c đi u ch ; i:là s kí t ỗ Chu i kí t ể ờ ộ (nh b chuy n đ i S/P) t ng ng v i N sóng mang con nh sau:
Dn,m=[d0,m; d1,m; d2,m; dN1,m]
ự ứ Trong đó: m:là ký t ủ th m c a OFDM.
ượ ư
ớ ự k,m v i k=0,1…,N1 đ ẽ ượ ự k,m s đ
t là {d ố ế c đ a đ n kh i d ỗ c chia thành các nhóm. M i nhóm d ỗ ố ớ 0,m,d1,m}, {d1,m,d1,m},…,{dN2,m,dN1}. Đ i v i m i
*,s1*. s1,s2,s2 ự ấ s1,s2 đ Trong khe th i gian th nh t 2 kí t
ự
ứ ờ ế ượ ự khe th i gian ti p theo 2 ký t ờ c phát đ ng th i trên ượ c phát s2 ồ *,s1* đ
anten 1và anten 2.
ỗ Sau đó chu i ký t ỗ ạ STBC.T i đây chu i ký t ự ầ ượ l n l gòm 2 kí t ư ậ ẽ ạ nhóm nh v y s t o ra các kí t ờ ở anten 1 và anten 2, ờ ồ đ ng th i trên
*=[s2* ,s4* ,s6* ….] *= [s1*,s3*,s5*…..]
Do đó ta có:
Xm,[1,1]= [s1,s3,s5….] Xm,[2,1]= [s2,s4,s6….] Xm,[1,2]=Xm,[1,2] Xm,[2,2]= Xm,[1,1]
Hay:
x - .... N
x x x , 1, 2
1
(cid:0) (cid:0) Xm[J,t]= Xm,n,[J,t] = 0
ự ứ ề ự ứ th n đ
ố ố ố ứ ự
Trong đó: m: là s kí t n: là s kí t J: là s th t ờ T: là khe th i gian t ổ ủ th m c a OFDM. ế ượ c đi u ch trên sóng mang con n. anten phát J=1,2. ươ ứ ế ể ể ề ể ế ễ
ủ ề ng ng t=1,2. Bi n đ i IFFT đ đ đi u ch sóng mang. Đ tránh nhi u xuyên ký ộ ề G . Do đó, chi u dài c a m t
(cid:0)
ự lúc này là: (N+N ự t ký t ta chèn CP(cycle prefix) có chi u dài là N G)TS.
kn
j
N
1
2 N
(cid:0)
(cid:0) (cid:0)
x
e
J ][
][
JX m
mn ,
k
0
(cid:0)
1 N
ươ ươ {Ng,….,0,…N1}. ớ ng đ ng v i anten1,2.
Trong đó: n(cid:0) J=1,2 t
ượ ệ ừ Tín hi u t
ệ ừ ộ ậ ườ ề
ề ề ỗ
ờ pT
ầ
ấ ủ
ả ử s , giá tr l n nh t c a lan truy n tr ằ ỳ ủ ề ứ ị ớ s.
L
(cid:0) ề hai anten đ c truy n trên các kênh truy n đ c l p. Tín ể ượ ế hi u t bên phát đ n bên thu có th đ ng khác c truy n trên nhi u đ ề ả ử ườ s đ nhau (multipath). Gi ng truy n có L nhóm, và m i nhóm có biên ễ đ hộ i,l[n,p] và th i gian tr ộ ủ s. Trong đó, hi,l[n,p] là biên đ c a thành ẫ ậ ạ ữ ứ ộ ủ i m u ph n biên đ c a nhóm th l gi a anten phát th i và anten nh n t ễ ề ự ứ th l. Gi n trong chu k c a ký t ư ủ c a hai kênh truy n là nh nhau và b ng (L1)T 1
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
y
x
x
m
lm
w b
lm
h ml ,
]1[,
]1[,
h ml ,
]2[,
]2[,
l
0
(cid:0)
ứ ự ứ ẫ Sau khi xóa CP. M u th n trong ký t th m trong OFDM có th ể
ượ ế đ c vi
1
(cid:0) ư t nh sau: L
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
y
x
x
z
mn ,
mln ,
]1[,
h mnl , ,
]1[,
mln ,
]2[,
h mnl , ,
]2[
mn ,
l
0
(cid:0)
anten 1 và anten2
ệ ố ươ ớ ề ở ng v i các sóng mang con
Trong đó: hl,n,m[1]; hl,n,m[2] là h s kênh truy n ươ n=0…N1 t ng đ ễ Zn,m:là nhi u AWGN(additive white gausian)
ế ổ ượ Bi n đ i FFT ta đ c
Yk,m=Hk,m[1]Xk,m[1] + Hk,m[2]Xk,m[2] +Zk,m
Trong đó:
ệ ượ ư ế Ở ứ ấ ờ khe th i gian th nh t và th ứ
ộ ả ầ ượ Tín hi u đ 2 ta thu đ i mã STBC. t là: c Yượ c đ a đ n b gi 1 và Y2 l n l
Y1= Hk,m[1]Xk,m[1] + Hk,m[2]Xk,m[2] +Z1,k,m
= Hk,m[1]Sn,1 + Hk,m[2]Sn,2 +Z1,k,m
Y2= Hk,m[1]Xk,m[1] + Hk,m[2]Xk,m[2] +Z2,k,m
* + Hk,m[2]Sn,1
* +Z2,k,m
= Hk,m[1] Sn,2
H
H
S
mk ,
]1[,
mk ,
]2[,
n
1,
mk ,
*
S
Z ,1 Z
H
H
n
2,
,2
mk ,
Y 2
* ]2[,
mk ,
mk ,
* ]1[,
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) Hay ta có: Y 1 (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
(cid:0) (cid:0)
H
H
mk ,
mk ,
]2[
*]T ,Z=[Z1,k,m
ặ Đ t: H= và S = [Sn,1,Sn,2]T, Y=[Y1,y2 (cid:0) (cid:0) (cid:0)
H
H
]1[ *
*
mk ,
]2[
mk ,
]1[
(cid:0) (cid:0)
Z2,k,m]
H
H
H
H
*
mk ,
]1[
]2[
mk ,
mk ,
]2[
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
H
mk , H
H
H
*
*
]1[ *
mk ,
]2[
mk ,
]1[
mk ,
]2[
mk ,
]1[
2
2
Ta có HH H= (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
H
H
0
mk ,
]1[
mk ,
]2[
2
2
H
H
0
mk ,
]1[
mk ,
]2[
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) = (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
H *Y v i x=[x1,x2]
T ta có:
2
2
ọ ớ G i x=H
H
H
(
)
mk ,
]1[
mk ,
]2[
(cid:0) x=[x1 x2]T=( I2 S+ ~ n
01
~
2=
n =HH Z,; I2 : ma tr n đ n v I ị
10
2
2
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ậ ơ Trong đó: (cid:0) (cid:0)
x
H
H
x
arg
min{
(
i
mk ,
mk ,
]2[,
Suy ra: (cid:0) (cid:0) (cid:0)
]1[, ề
ố ớ ế ượ c ta ừ i thu đ
S }) i i V i Sớ i =1 j; 1+ j; 1 j; 1 + j đ i v i đi u ch QPSK. T x gi
ượ ề ề ả ỗ c chu i bit truy n. ế i đi u ch thua đ
