Chuyên đ Vô tuy n truy n thôngề ế ề Nhóm: 03
L I NÓI Đ UỜ Ầ
Th i đ i vô tuy n đã b t đ u t cách đây h n 100 năm v i s phát minh raờ ạ ế ắ ầ ừ ơ ớ ự
máy đi n báo radio c a Gudlielmo Marconi và công ngh không dây hi n nayệ ủ ệ ệ
đang đ c thi t l p v i s phát tri n nhanh chóng đã đ a chúng ta vào m t thượ ế ậ ớ ự ể ư ộ ế
k m i và m t k nguyên m i. S ti n b nhanh chóng trong k thu t vô tuy nỷ ớ ộ ỷ ớ ự ế ộ ỹ ậ ế
đang t o ra nhi u d ch v m i và c i ti n v i giá c th p h n, d n đ n s giaạ ề ị ụ ớ ả ế ớ ả ấ ơ ẫ ế ự
tăng trong vi c s d ng kho ng không gian th i gian và s l ng các thuê bao.ệ ử ụ ả ờ ố ượ
Các xu h ng này đang ti p t c tăng trong nh ng năm t i.ướ ế ụ ữ ớ
M c tiêu c a h th ng thông tin th h m i là cung c p nhi u lo i hìnhụ ủ ệ ố ế ệ ớ ấ ề ạ
d ch v thông tin cho m i ng i vào m i lúc, m i n i. Các d ch v đ c cungị ụ ọ ườ ọ ọ ơ ị ụ ượ
c p cho thuê bao đi n tho i di đ ng th h m i nh truy n d li u t c đ cao,ấ ệ ạ ộ ế ệ ớ ư ề ữ ệ ố ộ
video và multimeadia cũng nh d ch v tho i. Công ngh tho mãn đ c nh ngư ị ụ ạ ệ ả ượ ữ
yêu c u này và làm cho các d ch v đó đ c s d ng r ng rãi đ c g i là hầ ị ụ ượ ử ụ ộ ượ ọ ệ
th ng di đ ng th h th 3 (3G). H th ng th h th 3 đáp ng đáng k ph nố ộ ế ệ ứ ệ ố ế ệ ứ ứ ể ầ
thi u h t các tiêu chu n th h 2 hi n có, c v lo i hình ng d ng và dungế ụ ẩ ế ệ ệ ả ề ạ ứ ụ
l ng. H th ng di đ ng s hi n t i đ c thi t k t i u cho thông tin tho i,ượ ệ ố ộ ố ệ ạ ượ ế ế ố ư ạ
trong khi đó h th ng 3G chú tr ng đ n kh năng truy n thông đa ph ng ti n.ệ ố ọ ế ả ề ươ ệ
H th ng 3G đi n hình hi n nay là cdma2000 và WCDMA. WCDMA là ph ngệ ố ể ệ ươ
th c đa truy c p phân chia theo mã băng r ng.ứ ậ ộ
Trong h th ng WCDMA, h s tái s d ng t n s là 1, nên khi s thuê baoệ ố ệ ố ử ụ ầ ố ố
tăng lên đ ng nghĩa v i nhi u giao thoa đ ng kênh tăng lên làm nh h ng đ nồ ớ ễ ồ ả ưở ế
dung l ng c a h th ng. Vì th trong m ng WCDMA ph i có nhi u k thu tượ ủ ệ ố ế ạ ả ề ỹ ậ
x lý tín hi u nh m làm gi m nh h ng c a nhi u. Các k thu t đó g i là kử ệ ằ ả ả ưở ủ ễ ỹ ậ ọ ỹ
thu t phân t p tín hi u. Trong chuyên đ này, nhóm tôi s tìm hi u v k thu tậ ậ ệ ề ẽ ể ề ỹ ậ
phân t p Không gian - Th i gian trong h th ng m ng WCDMA v i m c đíchậ ờ ệ ố ạ ớ ụ
phân t p làm gi m nh h ng c a nhi u giao thoa và nhi u fading lên tín hi uậ ả ả ưở ủ ễ ễ ệ
thông qua vi c làm tăng t s tín hi u trên nhi u đ u ra c a m ng anten dãyệ ỷ ố ệ ễ ở ầ ủ ả
b ng cách đi u khi n h ng búp sóng c a anten dãy v h ng đ n c a tín hi uằ ề ể ướ ủ ề ướ ế ủ ệ
thu và h ng Null v h ng đ n c a tín hi u nhi u giao thoa. ướ ề ướ ế ủ ệ ễ
N i dung chuyên đ g m 4 ch ng :ộ ề ồ ươ
- Ch ng 1ươ : Trình bày u nh c đi m c a h th ng WCDMA và h ngư ượ ể ủ ệ ố ướ
gi i quy t cho nh ng nh c đi m.ả ế ữ ượ ể
- Ch ng 2ươ : Trình bày khái ni m phân t p không gian - th i gian. Phân t pệ ậ ờ ậ
anten b ng b thu Beamformer-Rake.ằ ộ
- Ch ng 3ươ : Trình bày các k thu t x lý phân t p không gian b ng b thuỹ ậ ử ậ ằ ộ
Beamformer. Các k thu t x lý bao g m MSNR, MSINR và MMSE.ỹ ậ ử ồ
- Ch ng 4ươ : Trình bày các thu t toán tính toán cho t ng k thu tậ ừ ỹ ậ
Beamformer.
Gi ng viên h ng d n: ThS. Nguy n Vi t Đ mả ướ ẫ ễ ế ả i
Chuyên đ Vô tuy n truy n thôngề ế ề Nhóm: 03
M C L CỤ Ụ
L I NÓI Đ UỜ Ầ ....................................................................................................... i
M C L CỤ Ụ ............................................................................................................ ii
DANH M C HÌNH VỤ Ẽ ....................................................................................... iv
THU T NG VI T T TẬ Ữ Ế Ắ ................................................................................... vi
CH NG 1:ƯƠ ......................................................................................................... 1
H TH NG M NG DI Đ NG WCDMAỆ Ố Ạ Ộ .......................................................... 1
Gi i thi u chungớ ệ ....................................................................................................... 1
1.1 H th ng thông tin di đ ng th h 1ệ ố ộ ế ệ ................................................................ 1
1.2 H th ng thông tin di đ ng th h 2ệ ố ộ ế ệ ................................................................ 2
1.3 H th ng thông tin di đ ng th h 3:ệ ố ộ ế ệ ............................................................... 3
1.4 L trình phát tri n t h th ng thông tin di đ ng th h 2 (GSM) lênộ ể ừ ệ ố ộ ế ệ
WCDMA .................................................................................................................... 4
Hình 1.2 L trình phát tri n t GSM lên WCDMAộ ể ừ .......................................... 4
1.5 T ng quan v m ng WCDMAổ ề ạ .......................................................................... 4
Uplink .................................................................................................................. 5
Hình 1.3 Phân b t n s FDD và TDDố ầ ố ............................................................... 5
1.5.1 Các thông s chính c a W-CDMAố ủ ............................................................ 6
1.5.2 Nh ng đ c đi m then ch t c a WCDMAữ ặ ể ố ủ ............................................... 7
1.5.3 nh h ng c a nhi u lên h th ng WCDMAẢ ưở ủ ễ ệ ố ......................................... 8
Hình 1.4 Các tín hi u đa đ ngệ ườ .......................................................................... 8
Hình 1.5 Các tín hi u nhi u giao thoaệ ễ ................................................................ 8
1.5.4 Tính đa d ng phân t p trong WCDMAạ ậ ..................................................... 9
Các k thu t phân t p:ỹ ậ ậ ........................................................................................ 10
K t lu n ch ng ế ậ ươ ................................................................................................. 10
CH NG 2:ƯƠ ....................................................................................................... 11
PHÂN T P KHÔNG GIAN - TH I GIANẬ Ờ ...................................................... 11
2.1 Gi i thi uớ ệ .......................................................................................................... 11
2.2 Anten M ngả ...................................................................................................... 11
2.2.1 M ng anten dãyả ......................................................................................... 12
Hình 2.1 M ng anten ULAả ................................................................................. 12
2.3 K thu t Beamformerỹ ậ ...................................................................................... 14
Hình 2.2a Mô hình Beamformer Hình 2.2b Búp sóng anten
dãy ........................................................................................................................ 15
2.3.1 Ví d đ n gi n c a b Beamformer v i m ng ULAụ ơ ả ủ ộ ớ ả ............................ 15
Hình 2.3 Đ th b c x c a anten dãy đ i v i góc đ n tín hi u là 0oồ ị ứ ạ ủ ố ớ ế ệ .......... 17
và nhi u giao thoa là 45o.ễ ................................................................................... 17
2.4 Nguyên t c l y m u tín hi u trong x lý không gianắ ấ ẫ ệ ử ................................... 17
2.5 L i ích c a phân t p không gianợ ủ ậ .................................................................... 18
2.6 Phân t p th i gian: B thu Rake trong CDMAậ ờ ộ .............................................. 18
Hình 2.4 Mô hình b thu Rakeộ ........................................................................... 19
Gi ng viên h ng d n: ThS. Nguy n Vi t Đ mả ướ ẫ ễ ế ả ii
Chuyên đ Vô tuy n truy n thôngề ế ề Nhóm: 03
2.7 B thu Beamformer_Rakeộ ................................................................................ 20
Hình 2.5 B thu Beamformer-Rakeộ ................................................................... 20
K t lu n ch ng:ế ậ ươ ................................................................................................... 20
CH NG 3:ƯƠ ....................................................................................................... 22
CÁC K THU T BEAMFORMINGỸ Ậ ................................................................ 22
3.1 Gi i Thi u ớ ệ ....................................................................................................... 22
3.2 K thu t MSNR Beamforming ỹ ậ ....................................................................... 22
3.2.1 C c đa t s tín hi u trên nhi u (MSNR) ự ị ỉ ố ệ ễ ............................................. 22
3.2.2 Ph ng th c c i ti n SE cho Beamformingươ ứ ả ế ......................................... 24
3.2.3 Pha tín hi u trong Eigen-Beamforming ệ .................................................. 26
3.3 K thu t MSINR Beamformingỹ ậ ..................................................................... 26
3.3.1 C c đ i t s tín hi u trên nhi u (SINR)ự ạ ỷ ố ệ ễ .............................................. 27
3.3.2 Xác đ nh giá tr c c đ i c a t s tín hi u trên nhi u (MSINR)ị ị ự ạ ủ ỉ ố ệ ễ .......... 28
3.4 K thu t MMSE Beamformingỹ ậ ....................................................................... 29
3.5 So sánh MSINR và MMSE Beamforming trong m t tr ng h p đ n gi nộ ườ ợ ơ ả 31
Hình 3.1 Bi u đ th hi n đ th b c x c a anten ULAể ồ ể ệ ồ ị ứ ạ ủ ............................. 31
theo các k thu t MSINR và MMSEỹ ậ ................................................................. 31
Hình 3.2 Gi n đ BER theo các k thu t MSINR và MMSEả ồ ỹ ậ ......................... 32
K t lu n ch ngế ậ ươ .................................................................................................... 32
CH NG 4:ƯƠ ....................................................................................................... 33
CÁC THU T TOÁN BEAMFORMINGẬ ........................................................... 33
Gi i thi u ch ngớ ệ ươ .................................................................................................. 33
4.1 Đ nh nghĩa ma tr n đánh giá đ ph c t p tính toán ị ậ ộ ứ ạ ..................................... 33
4.2 Thu t toán cho k thu t MSNRậ ỹ ậ ...................................................................... 33
4.2.1 Ph ng pháp powerươ .................................................................................. 34
4.2.2 Ph ng pháp b i s Lagrange ươ ộ ố ................................................................ 35
Hình 4.1 L u đ thu t toán c a ph ng pháp b i s lagrangeư ồ ậ ủ ươ ộ ố ................... 36
Hình 4.2 L u đ thu t toán c a ph ng pháp b i s lagrange đã đ c đ nư ồ ậ ủ ươ ộ ố ượ ơ
gi n.ả ..................................................................................................................... 38
4.2.3 Ph ng pháp liên h p Gradientươ ợ ............................................................... 38
Hình 4.3 L u đ thu t toán c a ph ng pháp liên h p gradientư ồ ậ ủ ươ ợ .............. 41
Hình 4.4 L u đ thu t toán c a ph ng pháp liên h p Gradient đã đ nư ồ ậ ủ ươ ợ ơ
gi nả ...................................................................................................................... 42
4.2.4 Đánh giá chung các ph ng phápươ ............................................................ 43
4.2.5 Mô hình b thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMAộ .................. 43
Hình 4.5 Mô hình b thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMAộ ............. 43
K t lu n ch ng:ế ậ ươ ................................................................................................... 44
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả .................................................................................. 45
Gi ng viên h ng d n: ThS. Nguy n Vi t Đ mả ướ ẫ ễ ế ả iii
Chuyên đ Vô tuy n truy n thôngề ế ề Nhóm: 03
DANH M C HÌNH VỤ Ẽ
L I NÓI Đ UỜ Ầ ....................................................................................................... i
M C L CỤ Ụ ............................................................................................................ ii
DANH M C HÌNH VỤ Ẽ ....................................................................................... iv
THU T NG VI T T TẬ Ữ Ế Ắ ................................................................................... vi
CH NG 1:ƯƠ ......................................................................................................... 1
H TH NG M NG DI Đ NG WCDMAỆ Ố Ạ Ộ .......................................................... 1
Gi i thi u chungớ ệ ....................................................................................................... 1
1.1 H th ng thông tin di đ ng th h 1ệ ố ộ ế ệ ................................................................ 1
1.2 H th ng thông tin di đ ng th h 2ệ ố ộ ế ệ ................................................................ 2
1.3 H th ng thông tin di đ ng th h 3:ệ ố ộ ế ệ ............................................................... 3
1.4 L trình phát tri n t h th ng thông tin di đ ng th h 2 (GSM) lênộ ể ừ ệ ố ộ ế ệ
WCDMA .................................................................................................................... 4
Hình 1.2 L trình phát tri n t GSM lên WCDMAộ ể ừ .......................................... 4
1.5 T ng quan v m ng WCDMAổ ề ạ .......................................................................... 4
Uplink .................................................................................................................. 5
Hình 1.3 Phân b t n s FDD và TDDố ầ ố ............................................................... 5
1.5.1 Các thông s chính c a W-CDMAố ủ ............................................................ 6
1.5.2 Nh ng đ c đi m then ch t c a WCDMAữ ặ ể ố ủ ............................................... 7
1.5.3 nh h ng c a nhi u lên h th ng WCDMAẢ ưở ủ ễ ệ ố ......................................... 8
Hình 1.4 Các tín hi u đa đ ngệ ườ .......................................................................... 8
Hình 1.5 Các tín hi u nhi u giao thoaệ ễ ................................................................ 8
1.5.4 Tính đa d ng phân t p trong WCDMAạ ậ ..................................................... 9
Các k thu t phân t p:ỹ ậ ậ ........................................................................................ 10
K t lu n ch ng ế ậ ươ ................................................................................................. 10
CH NG 2:ƯƠ ....................................................................................................... 11
PHÂN T P KHÔNG GIAN - TH I GIANẬ Ờ ...................................................... 11
2.1 Gi i thi uớ ệ .......................................................................................................... 11
2.2 Anten M ngả ...................................................................................................... 11
2.2.1 M ng anten dãyả ......................................................................................... 12
Hình 2.1 M ng anten ULAả ................................................................................. 12
2.3 K thu t Beamformerỹ ậ ...................................................................................... 14
Hình 2.2a Mô hình Beamformer Hình 2.2b Búp sóng anten
dãy ........................................................................................................................ 15
2.3.1 Ví d đ n gi n c a b Beamformer v i m ng ULAụ ơ ả ủ ộ ớ ả ............................ 15
Hình 2.3 Đ th b c x c a anten dãy đ i v i góc đ n tín hi u là 0oồ ị ứ ạ ủ ố ớ ế ệ .......... 17
và nhi u giao thoa là 45o.ễ ................................................................................... 17
2.4 Nguyên t c l y m u tín hi u trong x lý không gianắ ấ ẫ ệ ử ................................... 17
2.5 L i ích c a phân t p không gianợ ủ ậ .................................................................... 18
2.6 Phân t p th i gian: B thu Rake trong CDMAậ ờ ộ .............................................. 18
Hình 2.4 Mô hình b thu Rakeộ ........................................................................... 19
2.7 B thu Beamformer_Rakeộ ................................................................................ 20
Gi ng viên h ng d n: ThS. Nguy n Vi t Đ mả ướ ẫ ễ ế ả iv
Chuyên đ Vô tuy n truy n thôngề ế ề Nhóm: 03
Hình 2.5 B thu Beamformer-Rakeộ ................................................................... 20
K t lu n ch ng:ế ậ ươ ................................................................................................... 20
CH NG 3:ƯƠ ....................................................................................................... 22
CÁC K THU T BEAMFORMINGỸ Ậ ................................................................ 22
3.1 Gi i Thi u ớ ệ ....................................................................................................... 22
3.2 K thu t MSNR Beamforming ỹ ậ ....................................................................... 22
3.2.1 C c đa t s tín hi u trên nhi u (MSNR) ự ị ỉ ố ệ ễ ............................................. 22
3.2.2 Ph ng th c c i ti n SE cho Beamformingươ ứ ả ế ......................................... 24
3.2.3 Pha tín hi u trong Eigen-Beamforming ệ .................................................. 26
3.3 K thu t MSINR Beamformingỹ ậ ..................................................................... 26
3.3.1 C c đ i t s tín hi u trên nhi u (SINR)ự ạ ỷ ố ệ ễ .............................................. 27
3.3.2 Xác đ nh giá tr c c đ i c a t s tín hi u trên nhi u (MSINR)ị ị ự ạ ủ ỉ ố ệ ễ .......... 28
3.4 K thu t MMSE Beamformingỹ ậ ....................................................................... 29
3.5 So sánh MSINR và MMSE Beamforming trong m t tr ng h p đ n gi nộ ườ ợ ơ ả 31
Hình 3.1 Bi u đ th hi n đ th b c x c a anten ULAể ồ ể ệ ồ ị ứ ạ ủ ............................. 31
theo các k thu t MSINR và MMSEỹ ậ ................................................................. 31
Hình 3.2 Gi n đ BER theo các k thu t MSINR và MMSEả ồ ỹ ậ ......................... 32
K t lu n ch ngế ậ ươ .................................................................................................... 32
CH NG 4:ƯƠ ....................................................................................................... 33
CÁC THU T TOÁN BEAMFORMINGẬ ........................................................... 33
Gi i thi u ch ngớ ệ ươ .................................................................................................. 33
4.1 Đ nh nghĩa ma tr n đánh giá đ ph c t p tính toán ị ậ ộ ứ ạ ..................................... 33
4.2 Thu t toán cho k thu t MSNRậ ỹ ậ ...................................................................... 33
4.2.1 Ph ng pháp powerươ .................................................................................. 34
4.2.2 Ph ng pháp b i s Lagrange ươ ộ ố ................................................................ 35
Hình 4.1 L u đ thu t toán c a ph ng pháp b i s lagrangeư ồ ậ ủ ươ ộ ố ................... 36
Hình 4.2 L u đ thu t toán c a ph ng pháp b i s lagrange đã đ c đ nư ồ ậ ủ ươ ộ ố ượ ơ
gi n.ả ..................................................................................................................... 38
4.2.3 Ph ng pháp liên h p Gradientươ ợ ............................................................... 38
Hình 4.3 L u đ thu t toán c a ph ng pháp liên h p gradientư ồ ậ ủ ươ ợ .............. 41
Hình 4.4 L u đ thu t toán c a ph ng pháp liên h p Gradient đã đ nư ồ ậ ủ ươ ợ ơ
gi nả ...................................................................................................................... 42
4.2.4 Đánh giá chung các ph ng phápươ ............................................................ 43
4.2.5 Mô hình b thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMAộ .................. 43
Hình 4.5 Mô hình b thu MMSE Beamformer-Rake trong WCDMAộ ............. 43
K t lu n ch ng:ế ậ ươ ................................................................................................... 44
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả .................................................................................. 45
Gi ng viên h ng d n: ThS. Nguy n Vi t Đ mả ướ ẫ ễ ế ả v