BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÁO CÁO LUẬN VĂN CAO HỌC

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MIMO-OFDM ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY

CBHD: TS. TRẦN HOÀI TRUNG HVTH: PHẠM MINH TRIẾT LỚP : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ K16

HCM-12/2011

1

Mục tiêu của đề tài

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

(OFDM).

Ưu điểm: Chống được fading chọn lọc tần số, nhiễu

liên ký tự (ISI)…

Nhược điểm: PAPR lớn, rất nhạy với hiệu ứng Doppler,

hiệu suất sử dụng đường truyền giảm.

Kỹ thuật sử dụng đa anten phát đa anten thu (MIMO) Ưu điểm: Tăng dung lượng kênh truyền, tăng tốc độ dữ

liệu, giảm được xác suất lỗi bit…

Nhược điểm: Hạn chế ở hệ thống băng rộng, khi tốc độ

dữ liệu tăng dẫn đến nhiễu liên ký tự cũng tăng.

Các hệ thống thông tin tương lai đòi hỏi phải có dung lượng lớn, tốc độ cao, hạn chế nhiễu, sử dụng băng thông hiệu quả…

2

Nội dung của đề tài

Chương I: Tổng quan về hệ thống di động không dây.

Chương II: Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao.

Chương III: Hệ thống đa anten phát đa anten thu.

Chương IV: Kết hợp kỹ thuật OFDM với hệ thống MIMO ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây.

Kết luận hướng phát triển đề tài.

3

Chương I

Tổng quan về hệ thống không dây

SISO

MISO

4

SIMO

Chương II

Hệ thống OFDM

( )s t

Điều chế

IFFT

D/A

Khoảng bảo vệ

Nối tiếp/ Song song

Song song/ nối tiếp

nX

ns

T nx

nd

Dữ liệu

nx OFDM TRUYỀN

vào

Kênh c(t)

( )n t

+

 nd

 nX

~ nX

~ T nx

~ nx

nr

( )r t

FFT

A/D

Giải điều chế

Cân bằng

Song song/ nối tiếp

Nối tiếp/ song song

Tách khoảng bảo vệ

Dữ liệu ra

OFDM NHẬN

5

Chương III

Hệ thống MIMO

Mã hóa Điều chế

S/P Điều chế

C = log2 (1+M.N.SNR) bit/s/Hz

6

MIMO nhận Điều chế

Chương III

Mã khối không gian - thời gian

S/P

Bộ thu

Nguồn thông tin

Mã khối KG-TG

STBC ( Space Time Block Codes): Khai thác độ lợi phân tập không gian và phân tập thời gian.

Mã STBC được đưa ra

dưới dạng ma trận.

7

Chương III

Sơ đồ Alamouti

1Tx

1h

 1 nn

2

r~

2Tx

c

* 2

r

 

 c 1

c 2

c 1 c

2

* c 1

2h

   

   

1T

2T

3T

5T

6T

4T

1Tx

* 6c * 5c

1c 2c

3c 4c

5c 6c

* 2c * 1c

2Tx

* 4c * 3c

2r

3r

6r

4r

1r

1Rx

5r

Sơ đồ Alamouti 2 anten phát và 1 anten thu với các symbols phát và thu.

8

Chương III

Mã hóa V-BLAST

1Rx

1Tx

2Tx

2Rx

Dữ liệu

Dữ liệu

Mã hóa V- BLAST

3Tx

3Rx

Giải mã V- BLAST

Phía phát: Sẽ sắp xếp các bit thành symbols và chia thành Nt luồng dữ liệu con, và được phát đồng thời trên Nt anten phát.

Phía thu: Mỗi anten sẽ thu được từ Nt anten phát và được xử lý bằng giải thuật V_BLAST đó là Zero-Forcing hay MMSE.

9

Chương III

Bộ thu V_BLAST Zero-Forcing

r

 1x

 2x

Bộ thu ZF 1 Giải mã luồng 1

 3x

Bộ thu ZF 2 Loại trừ luồng 1 Giải mã luồng 2

. . .

Bộ thu ZF 3 Giải mã luồng 3

. . .

 N t x

Loại trừ luồng 1, 2 . . .

Bộ thu ZF Nt Giải mã luồng Nt

10

Loại trừ luồng 1, 2,3…Nt-1

Chương III

Bộ thu V_BLAST MMSE

r

 1x

 2x

Bộ thu MMSE 1 Giải mã luồng 1

 3x

Loại trừ luồng 1 Bộ thu MMSE 2 Giải mã luồng 2

Giải mã luồng 3

. . .

 N t x

Bộ thu MMSE 3 . . . Loại trừ luồng 1, 2 . . .

Bộ thu MMSE Nt Giải mã luồng Nt

11

Loại trừ luồng 1, 2,3…Nt-1

Chương IV

Hệ thống MIMO-OFDM

1XT

1RT

2XT

2RT

Điều chế

OFDM Truyền OFDM Nhận

Điều chế

Mã hóa STC

Giải mã STC

nXT

nRT

OFDM Truyền OFDM Nhận

OFDM Truyền OFDM Nhận

Cấu trúc máy thu và phát của hệ thống MIMO- OFDM bao gồm hệ MIMO NT anten phát và NR anten thu.

12

Chương IV

Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti

IFFT

IFFT

)

(.)*

F X 1

F X 1

1(1)X X 1(2) . . . X N 1(

* 2

* 1

CP

CP

Điều chế

F X 1

F X 1

* 1

2

-(.)*

IFFT

CP

CP

IFFT

)

2 (1)X X 2 (2) . . . X N 2 (

Máy phát

Tx 1

FFT

[

]

n n , 1

2

)

y 1(1) y 1(2) . . . y N 1(

Bộ kết hợp

Giải điều chế

Tx 2

Máy thu

S/P Tách CP

Bộ ước lượng

FFT

)

y 2 (1) y 2 (2) . . . y N 2 (

13

+

Chương IV Chương IV

Hệ thống MIMO-OFDM V_BLAST

Khối mã hóa STC

1X

Tx1

Bộ truyền OFDM

2X

Tx2

. . .

. . .

Bộ truyền OFDM Điều chế

NX

TxN

Bộ truyền OFDM

Khối mã hóa STC trong trường hợp này chỉ là một bộ S/P chia luồng dữ liệu lớn thành NT luồng dữ liệu nhỏ, sau đó NT luồng này được đưa vào NT bộ phát OFDM.

14

Chương IV Chương IV

Hệ thống MIMO-OFDM V_BLAST

Sóng mang phụ

RX 1

Bộ thu OFDM

RX 2

Dữ liệu

Bộ thu OFDM

Giải điều chế

RX N

Giải mã ZF/MM SE

Giải mã ZF/MM SE

Giải mã ZF/MM SE

Giải mã ZF/MM SE

Bộ thu OFDM

Nt x N Symbol

15

Khối giải mã STC

Kết quả mô phỏng

Hệ thống MIMO Alamouti với hai anten truyền một anten nhận

và hai anten truyền hai anten nhận.

16

Kết quả mô phỏng

Hệ thống MIMO V_BLAST ZF và MIMO V_BLAST MMSE.

17

Kết quả mô phỏng

Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti và MIMO-OFDM V_BLAST.

18

Kết luận

MIMO là một phương thức truyền dẫn dữ liệu mới cho phép tăng nhanh dung lượng của kênh truyền vô tuyến.

OFDM để chuyển kênh truyền băng rộng fading chọn tần số thành nhiều kênh truyền fading phẳng băng hẹp và triệt nhiễu nhờ chèn thêm khoảng bảo vệ có chiều dài lớn hơn độ trễ của kênh truyền.

Với việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật OFDM và đặc biệt là hai mô hình Alamouti và mô hình V_BLAST cho phép tăng dung lượng và chất lượng của hệ thống một cách đáng kể.

19

20