Đồ án Tổng quan hệ thống MIMO-OFDM

M C L C. Ụ Ụ

M C L C. Ụ Ụ

THU T NG VI T T T. Ữ Ế Ậ Ắ

DANH M C HÌNH V . Ẽ Ụ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Ch x ng 1 ................................................................................................................. ươ

T NG QUAN V K THU T MIMO-OFDM VÀ Ề Ỹ Ổ Ậ

x H TH NG THÔNG TIN DI Đ NG. ................................................................... Ệ Ố Ộ

1.1. Gi ớ x i thi u. ......................................................................................................... ệ

1.2. S l c v l ch s phát tri n trong thông tin di đ ng. x ................................ ơ ượ ề ị ử ộ ể

1.2.1. Gi i thi u chung. x ....................................................................................... ớ ệ

i khó khăn v k thu t trong lĩnh v c thông tin di đ ng. 1.2.2. Nh ng t n t ữ ồ ạ ề ỹ ự ộ ậ

xiii ............................................................................................................................

1.3. Môi tr ng vô tuy n trong thông tin di đ ng. xiii ............................................ ườ ộ ế

xv 1.3.1. Méo biên đ . ộ ............................................................................................

xv 1.3.1.1. Mô hình fading Rayleigh. .........................................................................

1.3.1.2. Mô hình fading Rician. xv .............................................................................

1.3.1.3. Th ng kê c a fading. xvi .............................................................................. ủ ố

1.3.2. Suy hao đ ng truy n. xviii ........................................................................ ườ ề

1.3.3. Tr i tr trong hi n t ng đa đ ng. xix .................................................. ả ễ ệ ượ ườ

1.3.4. T p âm tr ng Gauss. xix .............................................................................. ạ ắ

1.3.5. Hi n t ng Doppler. xx ............................................................................... ệ ượ

xxi 1.4. T ng quan v k thu t MIMO-OFDM. ...................................................... ề ỹ ổ ậ

xxii 1.4.1. Đ nh nghĩa và khái ni m. ...................................................................... ệ ị

xxii 1.4.2. K thu t MIMO-OFDM. ...................................................................... ậ ỹ

1.5. K t lu n ch ng. xxiii ....................................................................................... ế ậ ươ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

M C L C. Ụ Ụ

Ch xxiv ng 2 ........................................................................................................ ươ

xxiv K THU T OFDM. ........................................................................................... Ậ Ỹ

2.1. Gi ớ xxiv i thi u. .................................................................................................... ệ

xxv .......................................................................................... 2.2. Khái ni m chung. ệ

xxv 2.2.1. H th ng đ n sóng mang. .................................................................... ệ ố ơ

2.2.2. H th ng đa sóng mang. xxvi ....................................................................... ệ ố

xxvii ............................................................................... 2.2.3. Tín hi u tr c giao. ệ ự

xxviii ........................................................ 2.3. S đ h th ng OFDM băng c s . ơ ở ơ ồ ệ ố

2.4. C s toán h c. xxx ............................................................................................. ơ ở ọ

xxx 2.4.1. Tr c giao. ............................................................................................... ự

xxx 2.4.2. IFFT/FFT. ...............................................................................................

xxxi 2.5. Các k thu t c b n trong OFDM. ........................................................... ậ ơ ả ỹ

xxxi ........................................................... 2.5.1. S đ đi u ch /Gi ơ ồ ề ế ả i đi u ch . ế ề

xxxiii 2.5.2. Mã hoá kênh. ......................................................................................

xxxiv 2.5.3. S p x p. .............................................................................................. ắ ế

xxxiv 2.5.4. K thu t IFFT/FFT trong OFDM. .................................................... ậ ỹ

2.5.5. Ti n t l p CP. xxxvi ................................................................................... ề ố ặ

2.5.6. ng kênh. xxxviii ............................................................................... c l Ướ ượ

xxxviii 2.5.6.1. Khái ni m. ệ ........................................................................................

2.5.6.2. c l Ướ ượ xli ng kênh trong mi n t n s . ..................................................... ề ầ ố

2.5.6.3. xlii ng kênh trong mi n th i gian. ................................................. c l Ướ ượ ề ờ

2.6. So sánh đ ph c t p gi a k thu t OFDM v i đi u ch đ n sóng mang. ậ ộ ứ ạ ữ ỹ ế ơ ớ ề

xliii ..............................................................................................................................

2.7. K t lu n ch ng. xlv .......................................................................................... ế ậ ươ

Ch 46 ng 3 ............................................................................................................... ươ

46 K THU T MIMO. .............................................................................................. Ậ Ỹ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

M C L C. Ụ Ụ

3.1. Gi ớ 46 i thi u. ....................................................................................................... ệ

46 .............................................................. 3.1.1. u đi m c a k thu t MIMO. ủ ỹ Ư ể ậ

3.1.2. Khuy t đi m c a h th ng MIMO. 47 ...................................................... ủ ệ ố ế ể

3.2. Dung l 47 ......................................... ượ ng kênh truy n c a h th ng MIMO. ề ủ ệ ố

3.3. S l 47 c phân t p. ........................................................................................... ơ ượ ậ

48 .................................................................................. 3.3.1. Phân t p th i gian. ậ ờ

49 ...................................................................................... 3.3.2. Phân t p t n s . ậ ầ ố

49 ............................................................................... 3.3.3. Phân t p không gian. ậ

3.3.4. Các ph 50 .................................................... ươ ng pháp k t h p phân t p. ế ợ ậ

3.3.4.1. B t 50 h p theo ki u quét và l a ch n (SC). .......................................... ộ ổ ợ ự ể ọ

3.3.4.2. B t h p cùng đ l 51 i (EGC). ................................................................ ộ ổ ợ ộ ợ

3.3.4.3. B t h p v i t s t 52 i đa (MRC). .......................................................... ộ ổ ợ ớ ỉ ố ố

3.4. Mã hóa không gian_th i gian. 54 ........................................................................ ờ

55 ............... 3.4.1. Mã hóa kh i không gian th i gian (Space time block Codes). ờ ố

56 3.4.1.1. Mã hóa Alamouti. .....................................................................................

3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho s anten phát b t kỳ 57 ............................... ấ ố

3.5. K t lu n ch ng. 60 ........................................................................................... ế ậ ươ

Ch 61 ng 4 ............................................................................................................... ươ

61 K THU T MIMO-OFDM. ................................................................................. Ậ Ỹ

4.1. Gi ớ 61 i thi u. ....................................................................................................... ệ

4.2. Mô t 61 t ng quan v h th ng MIMO_OFDM. ........................................... ả ổ ề ệ ố

62 4.2.1. MIMO-OFDM Tx. ....................................................................................

62 4.2.2. MIMO_OFDM Rx. ...................................................................................

63 4.2.3. C u trúc c a khung (frame) c a h th ng MIMO-OFDM. ................ ủ ệ ố ủ ấ

64 4.3. Phân tích h th ng MIMO-OFDM. .............................................................. ệ ố

64 4.3.1. Mô hình h th ng MIMO-OFDM. ......................................................... ệ ố

65 4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM. ............................................................

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

M C L C. Ụ Ụ

65 4.3.2.1. H th ng STBC-OFDM. ......................................................................... ệ ố

66 4.3.2.2. B phát STBC-OFDM. ............................................................................ ộ

67 4.3.2.3. B thu STBC-OFDM. .............................................................................. ộ

4.4. K t lu n ch ng. 70 ........................................................................................... ế ậ ươ

Ch 71 ng 5 ............................................................................................................... ươ

MÔ H MIMO-OFDM PH NG Ỏ Ệ TH NG Ố

VÀ ĐÁNH GIÁ CH T L Ấ ƯỢ 71 NG H TH NG. ................................................... Ệ Ố

5.1. Gi i thi u n i dung mô ph ng. 71 ..................................................................... ớ ệ ộ ỏ

5.2. Các thông s mô ph ng. 71 ................................................................................. ố ỏ

71 5.2.1. H th ng OFDM. .................................................................................... ệ ố

72 5.2.2. H th ng MIMO-OFDM. ........................................................................ ệ ố

72 ............................................................................ 5.2.3. Thông s kênh truy n. ố ề

ng trình mô ph ng. 73 ........................ 5.3. L u đ và s đ thu t toán c a ch ơ ồ ư ồ ủ ậ ươ ỏ

73 5.3.1. Truy n tín hi u. ....................................................................................... ề ệ

73 5.3.2. Kênh truy n.ề ............................................................................................

74 5.3.3. Nh n tín hi u. .......................................................................................... ậ ệ

75 5.3.4. Thu t toán tính BER. ............................................................................... ậ

5.4. K t qu mô ph ng và đánh giá. 76 .................................................................... ỏ ế ả

5.5. K t lu n ch ng. 80 ........................................................................................... ế ậ ươ

81 NG PHÁT TRI N Đ TÀI. ............................................. K T LU N VÀ H Ậ Ế ƯỚ Ể Ề

82 TÀI LI U THAM KH O. .................................................................................... Ả Ệ

PH L C. Ụ Ụ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

THU T NG VI T T T. Ữ Ế Ậ Ắ

THU T NG VI T T T.

Ữ Ế

Ắ

Ậ

A

Advance Mobile Phone Service AMPS

Addition White Gaussian Noise AWGN

B

Bit Error Rate BER

Bell labs Layered Space Time BLAST

C

CDMA Code Division Multiple Access

Cyclic Prefix CP

Carrier Noise Rate CNR

Channel State Information CSI

D

Discrete Fourier Transform DFT

E

Equal Gain Combiner EGC

F

Frequency Division Multiple Access FDMA

Forward Error Correcting FEC

Fast Fourier Transform FFT

G

GSM Global System For Mobile Communication

I

Interim Standard 95 IS-95

Interim Standard 136 IS-136

InterSymbol Interference ISI

International Telecom Union ITU

Inverse Discrete Fourier Transform IDFT

Inverse Fast Fourier Transform IFFT

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

THU T NG VI T T T. Ữ Ế Ậ Ắ

ICI InterChannel Interference

M

Mobile Station MS

Multi Input Multi Output MIMO

Minimum Mean Square Error MMSE

Maximum Ratio Combiner MRC

Maximum Likelihood ML

N

NMT450 Nordic Mobile Telephone 450

NTT Nipon Telegraph and Telephone

O

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

P

Personal Digital Cell PDC

Phase Shift Keying PSK

Peak to Average Power Ratio PAPR

Pilot Signal Assisted Modulation PSAM

Phase Lock Loop PLL

Power Density Function pdf

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation

R

RS Reed-Solomon code

S

Selection Combiner SC

Space Time Coding STC

Space Time Block Coding STBC

Space Time Trellis Coding STTC

Signal to Noise Ratio SNR

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

THU T NG VI T T T. Ữ Ế Ắ Ậ

T

TACS Total Access Communication System

TDMA Time Division Multiple Access

TC Turbo convolutional code

W

WCDMA Wideband CDMA

WIFI Wireless Fidelity

WIMAX World Interoperability Microwave Access

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

DANH M C HÌNH V . Ẽ Ụ

DANH M C HÌNH V . Ẽ

Ụ

Hình 1.1: Hàm pdf theo phân b Rayleigh. xv .......................................................... ố

Hình 1.3: Mô hình hi n t ng Doppler. xx .............................................................. ệ ượ

xxiii Hình 1.4: Mô hình t ng quát h th ng MIMO-OFDM. ................................. ệ ố ổ

Hình 2.1: S đ chung c a h th ng đ n sóng mang. xxvi .................................... ủ ệ ố ơ ồ ơ

Hình 2.2: S đ h th ng đa sóng mang. xxvi ......................................................... ơ ồ ệ ố

Hình 2.3a: B n sóng mang tr c giao nhau. xxvii ...................................................... ự ố

xxviii Hình 2.3b: Ph c a 4 sóng mang tr c giao. .................................................... ổ ủ ự

Hình 2.4a: K thu t đa sóng mang. xxviii ................................................................ ậ ỹ

xxviii Hình 2.4b: K thu t ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao. ................ ầ ố ự ậ ỹ

xxix Hình 2.5: S đ h th ng OFDM. .................................................................... ơ ồ ệ ố

xxxii Hình 2.6: Chùm tín hi u M_QAM. .................................................................. ệ

Hình 2.7: Ti n t xxxvii l p (CP) trong OFDM. ...................................................... ề ố ặ

ng. Hình 2.8: Đáp ng xung c a kênh truy n trong môi tr ủ ứ ề ườ ng truy n đa đ ề ườ

xxxviii ..........................................................................................................................

xl ................................... Hình 2.9: Tín hi u Pilot trong mi n th i gian và t n s . ầ ố ờ ề ệ

xl ....................................................... Hình 2.10: Tín hi u pilot trong mi n t n s . ề ầ ố ệ

46 Hình 3.1: Mô hình m t h th ng MIMO tiêu bi u. ........................................... ộ ệ ố ể

Hình 3.2: Mô hình phân t p không gian. 49 .............................................................. ậ

Hình 3.3: Mô hình b t 51 ..................................................... ộ ổ ợ h p ki u l a ch n. ể ự ọ

Hình 3.4: B t 51 ............................................................................ ộ ổ ợ h p ki u quét. ể

Hình 3.5: Ph 52 ng pháp k t h p t s c c đ i. .................................................. ươ ế ợ ỉ ố ự ạ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

DANH M C HÌNH V . Ẽ Ụ

Hình 3.6: Ph ng pháp t s c c đ i v i 1Tx và 2Rx. 53 ....................................... ươ ỉ ố ự ạ ớ

56 Hình 3.7: S đ mã hoá Alamouti. ....................................................................... ơ ồ

Hình 3.8: S đ gi 58 i mã c a h th ng STBC. ................................................... ơ ồ ả ủ ệ ố

61 Hình 4.1: S đ phát và thu c a h th ng MIMO-OFDM. ............................... ủ ệ ố ơ ồ

62 Hình 4.2: S đ kh i c a b phát c a h th ng MIMO_OFDM. ................... ơ ồ ố ủ ộ ủ ệ ố

63 Hình 4.3: S đ kh i c a b thu c a h th ng MIMO_OFDM. ..................... ơ ồ ố ủ ộ ủ ệ ố

63 Hình 4.4: C u trúc khung d li u MIMO-OFDM. ............................................. ữ ệ ấ

66 Hình 4.5: Mô hình h th ng STBC-OFDM 2x2. ................................................. ệ ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

L I NÓI Đ U

Ờ

Ầ

M ng thông tin di đ ng có nh ng u đi m mà m ng có dây không có đ ữ ư ể ạ ạ ộ ượ c

ậ nh : tính l u đ ng, nh ng n i có đ a hình ph c t p, trong không gian..v..v. Vì v y ứ ạ ữ ư ư ộ ơ ị

con ng i không ng ng nghiên c u đ c i ti n m ng di đ ng t ng ngày, t ườ ứ ể ả ế ừ ừ ạ ộ ừ ạ m ng

ớ 2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây d ng các mô hình m ng WIFI, WIMAX. Song song v i ự ạ

i pháp m i đ c đ a ra nh : FDMA, TDMA, CDMA, t ng th h là các gi ừ ế ệ ả ớ ượ ư ư

OFDM, MIMO…M i gi i pháp m i đ u có nh ng u đi m h n gi i pháp cũ ỗ ả ớ ề ư ữ ể ơ ả

nh ng đ u đ ng sau: nâng cao t c đ d li u, nâng cao ư ề ượ c phát tri n theo xu h ể ướ ộ ữ ệ ố

ch t l ng tín hi u, m r ng băng thông, ch t l ng d ch v … ấ ượ ở ộ ấ ượ ệ ụ ị

Trong đó OFDM và MIMO là hai k thu t m i nh t đang đ c đ a vào th ấ ậ ớ ỹ ượ ư ử

nghi m và ti p t c nghiên c u trong hi n t i và t ng lai. OFDM là k thu t ghép ế ụ ệ ạ ứ ệ ươ ậ ỹ

kênh phân chia theo t n s tr c giao, MIMO là k thu t s d ng nhi u anten đ ầ ố ự ậ ử ụ ề ỹ ể

truy n và nh n d li u. OFDM thì đã đ ữ ệ ề ậ ượ ư c đ a vào ng d ng trong th c t ụ ự ế ứ ư nh :

truy n hình s , phát thanh s , truy n hình v tinh và đã đem l i nh ng hi u qu ệ ề ề ố ố ạ ữ ệ ả

đáng k . Còn MIMO là m t k thu t m i nên v n còn đang trong quá trình th ộ ỹ ể ẫ ậ ớ ử

nghi m và nghiên c u. ứ ệ

Tuy nhiên, hi n nay ng i ta đã k t h p hai k thu t MIMO và OFDM vào ệ ườ ế ợ ậ ỹ

m t s mô hình nh là WiMax, VoWifi trong các tiêu chu n 802.16, 802.11n, đã ộ ố ư ẩ

đem l i các k t qu cao trong th c t ạ . ự ế ế ả

N i dung đ án này trình bày t ng quan v h th ng MIMO-OFDM, trong đó s ề ệ ố ồ ộ ổ ẽ

t p trung vào mô hình STBC-OFDM. ậ

N i dung đ án chia làm 5 ch ng: ồ ộ ươ

Ch ng 1: T ng quan v k thu t MIMO-OFDM và h th ng thông tin di ươ ệ ố ề ỹ ậ ổ

đ ng.ộ

Ch ng 2: K thu t OFDM. ươ ậ ỹ

Ch ng 3: K thu t MIMO. ươ ậ ỹ

Ch ng 4: K thu t MIMO-OFDM. ươ ậ ỹ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Ch ng 5: Mô ph ng h th ng MIMO-OFDM và đánh giá ch t l ng h ươ ệ ố ấ ượ ỏ ệ

th ng.ố

Đ đánh giá ch t l ng c a các h th ng, trong đ án đã đi sâu phân tích ấ ượ ể ệ ố ủ ồ

t ng thành ph n c a các k thu t, t ng h p các lí thuy t và các bài báo cáo khoa ừ ầ ủ ậ ổ ế ợ ỹ

h c v đ tài liên quan. Sau cùng là th c hi n mô ph ng v i các thông s v h ự ọ ố ề ệ ề ề ệ ớ ỏ

th ng, môi tr ng truy n g n th c t nh t đ ki m đ nh l i ph n lí thuy t cũng ố ườ ự ế ề ầ ấ ể ể ị ạ ế ầ

nh so sánh ch t l ng gi a các h th ng. ấ ượ ư ệ ố ữ

Trong quá trình làm đ án, m c dù đã r t c g ng nh ng cũng không th ấ ố ắ ư ặ ồ ể

tránh đ c sai sót, em mong nh n đ c s ch d n c a các th y cô. ượ ậ ượ ự ỉ ẫ ủ ầ

Em xin chân thành c m n th y Đào Minh H ng, ng i tr c ti p h ả ơ ư ầ ườ ự ế ướ ng

d n em hoàn thành đ tài này. ẫ ề

Xin g i l i c m n đ n th y cô trong khoa, anh ch khóa trên, b n bè đã ử ờ ả ơ ế ạ ầ ị hỗ

t đ án này. trợ tài li u, đ ng viên đ em th c hi n t ệ ố ồ ự ệ ể ộ

Sinh viên th c hi n ệ ự

T ng Xuân Nghĩa ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Ch ng 1 ươ

T NG QUAN V K THU T MIMO-OFDM VÀ Ề Ỹ Ổ Ậ

H TH NG THÔNG TIN DI Đ NG. Ệ Ố Ộ

1.1. Gi ớ i thi u. ệ

Ch ng này gi i thi u khái quát v k thu t MIMO-OFDM và thông tin di ươ ớ ề ỹ ệ ậ

đ ng.ộ

1.2. S l ơ ượ ề ị ộ . c v l ch s phát tri n trong thông tin di đ ng ử ể

1.2.1. Gi i thi u chung. ớ ệ

Thông tin di đ ng th h th nh t đ ế ệ ứ ấ ượ ộ ố c phát tri n vào nh ng năm cu i ữ ể

th p niên 70, s d ng công ngh đa truy c p phân chia theo t n s FDMA ử ụ ệ ầ ậ ậ ố

(Frequency Division Multiplex Access). Đi n hình cho th h này là m t s h ộ ố ệ ế ệ ể

th ng nh : ư ố

AMPS (Advance Mobile Phone Service): D ch v đi n tho i di đ ng tiên ụ ệ ạ ộ ị

ti n.ế

ậ TACS (Total Access Communication System): H th ng thông tin truy nh p ệ ố

toàn b .ộ

ắ NMT 450 (Nordic Mobile Telephone 450): H th ng đi n tho i di đ ng B c ệ ố ệ ạ ộ

Âu băng t n 450 Mhz. ầ

NMT 900: H th ng đi n tho i di đ ng B c Âu băng t n 900Mhz. ệ ố ệ ầ ạ ắ ộ

NTT (Nipon Telegraph and Telephone): Do Nh t B n nghiên c u và s ứ ậ ả ử

d ng.ụ

M t s đ c đi m c a th h này là: dung l ộ ố ặ ế ệ ủ ể ượ ng th p, s l ấ ố ượ ng d ch v ị ụ

không nhi u, ch t l ề ấ ượ ng kém, ch cung c p d ch v tho i … ấ ụ ạ ỉ ị

Thông tin di đ ng th h 2 s d ng k thu t s v i các công ngh đa truy ậ ố ớ ử ụ ế ệ ệ ộ ỹ

c p phân chia theo th i gian TDMA (Time Division Multiple Access) và phân chia ậ ờ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ặ theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Hai thông s quan tr ng đ c ọ ố

tr ng cho các h th ng thông tin di đ ng s là t c đ bit thông tin c a ng ộ ệ ố ư ủ ố ố ộ ườ ử i s

d ng và tính di đ ng. M t s h th ng thông tin di đ ng th h hai đi n hình nh : ư ụ ộ ố ệ ố ế ệ ể ộ ộ

GSM (Global System For Mobile Communication): H th ng thông tin di ệ ố

đ ng toàn c u. ộ ầ

IS-95 (Interim Standard 95): Tiêu chu n thông tin di đ ng CDMA c a Mĩ do ẩ ủ ộ

Qualcomm đ xu t. ề ấ

ả ế IS-136 (Interim Standard 136): Tiêu chu n thông tin di d ng TDMA c i ti n ẩ ộ

c a Mĩ do AT&T đ xu t. ủ ề ấ

PDC (Personal Digital Cell ): H th ng t ệ ố ổ ong cá nhân c a Nh t B n. ủ ậ ả

ủ Đây là các h th ng thông tin di đ ng băng h p v i t c đ bit thông tin c a ớ ố ộ ệ ố ẹ ộ

ng i s d ng là 8-13Kbps. Chúng có nh ng phát tri n r t m nh vào nh ng năm ườ ử ụ ể ấ ữ ữ ạ

1990. Tuy nhiên s thuê bao di đ ng không ng ng tăng c ng v i nhu c u v d ch ề ị ừ ầ ố ộ ớ ộ

v m i, đ c bi ụ ớ ặ ệ ấ t là các d ch v truy n s li u, roaming, các yêu c u v ch t ố ệ ụ ề ề ầ ị

ng cu c g i …đã đòi h i các nhà thi t k ph i đ a ra các h th ng thông tin di l ượ ộ ọ ỏ ế ế ả ư ệ ố

đ ng m i. ộ ớ

Trong b i c nh đó ITU đ a ra đ án tiêu chu n hóa thông tin di đ ng th h ố ả ế ệ ư ề ẩ ộ

ạ th ba v i tên g i IMT-2000 nh m nâng cao t c đ truy nh p, m r ng nhi u lo i ố ộ ở ộ ứ ề ằ ậ ớ ọ

hình d ch v , đ ng th i t ng thích v i các h th ng thông tin di đ ng hi n có đ ụ ồ ờ ươ ị ệ ố ệ ộ ớ ể

đ m b o s phát tri n liên t c c a thông tin di đ ng. Nhi u tiêu chu n cho IMT- ả ụ ủ ả ự ể ề ẩ ộ

2000 đã đ c đ xu t, trong đó hai h th ng WCDMA và CDMA-2000 đã đ ượ ệ ố ề ấ ượ c

ITU ch p nh n và đ a vào ho t đ ng trong nh ng năm đ u c a th p k 2000. Các ầ ủ ạ ộ ư ữ ậ ấ ậ ỉ

h th ng này đ u s d ng công ngh CDMA. Đi u này cho phép th c hi n tiêu ệ ố ề ử ụ ự ề ệ ệ

chu n toàn th gi i cho giao di n vô tuy n c a h th ng thông tin di đ ng th h ế ớ ẩ ế ủ ệ ố ế ệ ệ ộ

th 3.ứ

WCDMA là s phát tri n ti p theo c a các h th ng thông tin di đ ng th ủ ệ ố ự ế ể ộ ế

ẽ h th hai s d ng công ngh TDMA nh : GSM, PDC, IS-136. CDMA-2000 s là ư ệ ứ ử ụ ệ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

s phát tri n ti p theo c a h th ng thông tin di đ ng th h 2 s d ng công ngh ự ủ ệ ố ử ụ ế ệ ế ể ộ ệ

CDMA IS-95.

Nh ng không d đ phát tri n t ễ ể ể ừ ế ệ th h hai sang th h ba do các v n đ ế ệ ư ấ ề

i có xu h ng quá đ k thu t gi a hai th h có nh ng đi m khác nhau. Th gi ỹ ế ệ ế ớ ữ ữ ể ậ ướ ộ

lên th h 2.5 tr ế ệ ướ ệ c khi tri n khai th h 3. Các d ch v m ng m i và c i thi n ị ụ ạ ế ệ ể ả ớ

các d ch v liên quan đ n truy n s li u nh nén s li u ng ề ố ệ ố ệ ư ụ ế ị ườ ử ụ ố ệ i s d ng, s li u

chuy n m ch kênh t c đ cao, d ch v vô tuy n gói đa năng và s li u 144 Kbps. ố ộ ố ệ ụ ế ể ạ ị

Thông tin di đ ng th h th ba là th h thông tin di đ ng cho các d ch v ế ệ ứ ế ệ ộ ộ ị ụ

truy n thông cá nhân đa ph ề ươ ố ớ ệ ố ng ti n. M t s yêu c u chung đ i v i h th ng ộ ố ệ ầ

thông tin di đ ng th h th 3: ế ệ ứ ộ

• M ng ph i là băng r ng và có kh năng truy n thông đa ph ề ả ả ạ ộ ươ ng

ti n. Nghĩa là m ng ph i đ m b o đ c t c đ bit c a ng ả ả ệ ả ạ ượ ố ủ ộ ườ ử i s

d ng đ n 2Mbps. ế ụ

• M ng ph i có kh năng cung c p đ r ng băng t n theo yêu c u. ầ ấ ộ ộ ầ ả ả ạ

Đi u này xu t phát t vi c thay đ i t c đ bit c a các d ch v khác ề ấ ừ ệ ổ ố ủ ụ ộ ị

nhau. Ngoài ra c n đ m b o đ ả ườ ả ầ ng truy n vô tuy n không đ i x ng: ế ố ứ ề

ng xu ng và t c đ bit th p ng lên. t c đ bit cao ố ộ đ ở ườ ố ộ đ ấ ở ườ ố

• M ng ph i cung c p th i gian truy n d n theo yêu c u. Nghĩa là ề ấ ầ ẫ ả ạ ờ

ph i đ m b o các k t n i chuy n m ch cho tho i, các d ch v video ả ả ế ố ụ ể ạ ạ ả ị

và các kh năng s hóa các d ch v s li u. ụ ố ệ ả ố ị

• Ch t l ng d ch v ph i không thua kém ch t l ấ ượ ấ ượ ụ ả ị ụ ạ ng d ch v m ng ị

c đ nh nh t là đ i v i tho i. ố ị ố ớ ạ ấ

• M ng ph i có kh năng s d ng toàn c u, nghĩa là bao g m c thông ử ụ ả ầ ả ạ ả ồ

tin v tinh. ệ

Đ đ t đ ể ạ ượ ầ c nh ng yêu c u này ph i k đ n nh ng k thu t đã góp ph n ả ể ế ữ ữ ầ ậ ỹ

gi i quy t nh ng v n đ đó trong lĩnh v c thông tin di đ ng: s h n ch v dung ả ự ạ ế ề ữ ự ế ề ấ ộ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ng h th ng, t c đ truy n d li u c a ng i dùng, ch t l l ượ ữ ệ ủ ệ ố ề ộ ố ườ ấ ượ ổ ng d ch v , tu i ụ ị

th c a pin trong các thi t b di đ ng… ọ ủ ế ị ộ

i khó khăn v k thu t trong lĩnh v c thông tin di đ ng. 1.2.2. Nh ng t n t ữ ồ ạ ề ỹ ự ộ ậ

Dung l ng trong các h th ng thông tin di đ ng th h 1 và 2 b h n ch ượ ệ ố ế ệ ị ạ ộ ế

nhi u do s d ng các k thu t đa truy c p FDMA, TDMA ho c CDMA. Các k ử ụ ề ậ ậ ặ ỹ ỹ

thu t này xác đ nh ng ậ ị ườ ờ i dùng b ng vi c c p phát m t t n s ho c m t khe th i ộ ầ ố ệ ấ ằ ặ ộ

gian ho c m t mã tr i ph duy nh t khi h đăng nh p vào h th ng. Nh ng ph ệ ố ư ấ ậ ặ ả ộ ổ ọ ổ

ng h t n dành cho thông tin di đ ng thì có h n. CDMA cũng làm tăng dung l ầ ạ ộ ượ ệ

i d n đ n s gia tăng nhi u đ ng kênh và nhi u xuyên th ng đáng k nh ng nó l ể ư ố ạ ẫ ế ự ễ ễ ồ

kênh do m t đ phân b cao c a ng i dùng trong m t cell. Do đó dung l ng h ậ ộ ủ ố ườ ộ ượ ệ

th ng không cao. ố

Bên c nh đó ch t l ng d ch v c a ng ấ ượ ạ ụ ủ ị ườ i dùng cũng gi m do fading và ả

nhi u đ ng kênh, nhi u xuyên kênh khi h di chuy n. Các h th ng thông tin di ệ ố ễ ễ ể ồ ọ

đ ng th h ba s cung c p nhi u lo i hình d ch v bao g m các d ch v tho i và ộ ế ệ ụ ụ ẽ ề ạ ạ ấ ồ ị ị

s li u t c đ th p hi n nay cho đ n các d ch v s li u t c đ cao, video và ố ệ ố ụ ố ệ ố ộ ấ ệ ế ộ ị

truy n thanh. T c đ c c đ i c a ng i s d ng s lên đ n 2MHz. Nh ng t c đ ố ộ ự ạ ủ ề ườ ử ụ ố ộ ư ẽ ế

c c đ i này ch có trong các ô pico trong nhà, còn các d ch v v i t c đ 14.4Kbps ự ạ ụ ớ ố ộ ỉ ị

c đ m b o cho di đ ng thông th ng các ô macro. s đ ẽ ượ ả ả ộ ườ ở

Nh ng khó khăn trên s đ ẽ ượ ữ c kh c ph c b i k thu t MIMO_OFDM.Trong ậ ụ ở ỹ ắ

đ án này s t p trung trình bày k thu t này. ồ ẽ ậ ậ ỹ

1.3. Môi tr ng vô tuy n trong thông tin di đ ng. ườ ộ ế

Trong m t kênh vô tuy n lý t ế ộ ưở ng, tín hi u thu đ ệ ượ c ch bao g m m t tín ồ ộ ỉ

hi u đ n tr c ti p và s là b n thu đ c hoàn h o c a tín hi u khác. Tuy nhiên, ự ệ ế ế ẽ ả ượ ả ủ ệ

trong m t kênh th c t ự ế ộ ệ , tín hi u b thay đ i trong su t quá trình truy n, tín hi u ệ ề ổ ố ị

nh n đ ậ ượ ẽ ả c s là s t ng h p c a các thành ph n b suy gi m, thành ph n ph n ợ ủ ự ổ ả ầ ầ ị

ề ẽ ộ x , khúc x , nhi u x c a tín hi u khác. Quan tr ng nh t là kênh truy n s c ng ạ ạ ủ ệ ễ ấ ạ ọ

ặ nhi u vào tín hi u và có th gây ra s d ch t n s sóng mang n u máy phát ho c ầ ố ự ị ể ệ ễ ế

thu di chuy n (hi u ng Doppler). Ch t l ệ ứ ấ ượ ể ộ ng c a h th ng vô tuy n ph thu c ủ ệ ố ụ ế

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

vào các đ c tính kênh truy n. Do đó, hi u bi t v các nh h ề ể ặ ế ề ả ưở ề ng c a kênh truy n ủ

lên tín hi u là v n đ r t quan tr ng. ề ấ ệ ấ ọ

ng truy n sóng đi n t gi a máy Kênh truy n tín hi u OFDM là môi tr ệ ề ườ ệ ừ ữ ề

phát và máy thu. Trong quá trình truy n, kênh truy n ch u nh h ị ả ề ề ưở ạ ng c a các lo i ủ

nhi u nh : nhi u Gauss tr ng c ng, Fading ph ng, Fading ch n l c t n s , Fading ọ ọ ầ ố ư ễ ễ ẳ ắ ộ

ễ nhi u tia…Trong kênh truy n vô tuy n thì tác đ ng c a t p âm bên ngoài và nhi u ủ ạ ề ế ề ộ

giao thoa là r t l n. Kênh truy n vô tuy n là môi tr ấ ớ ề ế ườ ng truy n đa đ ề ườ ị ng và ch u

nh h ả ưở ng đáng k c a Fading nhi u tia, Fading l a ch n t n s . ọ ầ ố ể ủ ự ề

S ph n x : xu t hi n khi sóng đi n t đ ệ ừ ượ ự ệ ả ạ ấ ộ c truy n đi, va đ p trên m t ề ậ

c sóng c a sóng đi n t . Ph n x xu t hi n t v t có chi u dài r t l n so v i b ậ ấ ớ ớ ướ ề ệ ừ ủ ệ ừ ả ạ ấ

m t đ t, các tòa cao c… ặ ấ ố

S nhi u x : xu t hi n khi đ ng truy n vô tuy n gi a b phát và b thu ự ễ ệ ấ ạ ườ ữ ộ ề ế ộ

b m t b m t có c nh nh n ch n l ị ộ ề ặ ặ ạ ạ ọ i, nh ng sóng ph do v t c n t o ra ụ ậ ả ạ ữ ở ắ kh p

n i.ơ

Ở ầ ọ t n s cao, nhi u x cũng nh ph n x ph thu c vào d ng hình h c ả ư ụ ễ ạ ạ ạ ố ộ

i đi m nhi u x . M c dù c a v t th , biên đ , pha và s phân c c c a sóng t ủ ậ ự ủ ự ể ộ i t ớ ạ ể ễ ạ ặ

ng đ tr ng gi m nhanh khi b thu đi vào vùng ch n (vùng t i), c ng đ c ườ ộ ườ ắ ả ộ ố ườ ộ

nhi u x cũng có và th ng là đáng k đ t o tín hi u có ích. ễ ạ ườ ể ể ạ ệ

S tán x : xu t hi n khi sóng lan truy n qua môi tr ng mà đ dài c a các ự ệ ề ạ ấ ườ ủ ộ

c sóng và s v t c n trên đ n v th tích môi tr ng là v t th là nh so v i b ậ ớ ướ ể ỏ ố ậ ả ị ể ơ ườ

r t l n. Các b m t nh p nhô, nh ng v t th nh , s thay đ i b t th ữ ấ ớ ề ặ ổ ấ ỏ ự ể ậ ấ ườ ủ ng c a

kênh truy n t o ra sóng tán x . Th c t ề ạ ự ế ạ thì tán lá r m, b ng đ ậ ả ườ ệ ạ ng, c t đi n t o ộ

ra hi n t ng tán x trong thông tin di đ ng. ệ ượ ạ ộ

V i đ c tính là truy n tín hi u trên các sóng mang tr c giao, phân chia băng ớ ặ ự ề ệ

ụ thông g c thành r t nhi u các băng con đ u nhau, k thu t OFDM đã kh c ph c ề ề ậ ắ ấ ố ỹ

đ c nh h c coi là các ượ ả ưở ng c a fading l a chon t n s , các kênh con có th đ ầ ố ể ượ ủ ự

kênh fading không l a ch n t n s . V i vi c s d ng ti n t ọ ầ ố ệ ử ụ ề ố ặ ậ l p (CP), k thu t ự ớ ỹ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

OFDM đã h n ch đ c nh h ng c a fading nhi u tia, đ m b o s đ ng b ký ế ượ ả ạ ưở ả ự ồ ủ ề ả ộ

t ự và đ ng b sóng mang. ộ ồ

1.3.1. Méo biên đ .ộ

1.3.1.1. Mô hình fading Rayleigh.

Mobile Station (MS) không ch nh n tín hi u phát mà còn nh n nhi u phiên ệ ề ậ ậ ỉ

các tòa nhà và các y u t khác. b n c a tín hi u phát do ph n x ho c nhi u x t ả ủ ạ ừ ễ ệ ặ ạ ả ế ố

ẫ Pha c a tín hi u nh n là t ng pha c a các tín hi u, v i m i pha thay đ i ng u ủ ủ ệ ệ ậ ổ ổ ớ ỗ

p ]. T lí thuy t gi

nhiên trong kho ng [0, 2 ả ừ ế ớ ạ ậ i h n trung tâm ta có d ng sóng nh n ạ

đ ượ ầ c có đ c tính nhi u Gaussian thông d i. Vì v y hàm pdf c a các thành ph n ả ủ ễ ậ ặ

c là Gaussian v i trung bình không và đ ng pha và vuông pha c a tín hi u nh n đ ồ ậ ượ ủ ệ ớ

ph i h n trung tâm. Hình bao pdf c a chúng theo ươ ng sai đ ng nh t theo đ nh lí gi ấ ồ ị ớ ạ ủ

2

2

phân b Rayleigh: ố

r

s / 2

=

P r ( )

e

,

r

0

r 2

s

2s

- (cid:0) (1.1)

là ph ng sai ươ

=

q

< p

Và phân b c a ố ủ q là:

p q ( )

, 0

2

1 p 2

(cid:0) (1.2)

Hình 1.1: Hàm pdf theo phân b Rayleigh.

ố

1.3.1.2. Mô hình fading Rician.

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

N u trong s nh ng thành ph n c a tín hi u nh n đ c có m t đ ố ữ ầ ủ ệ ế ậ ượ ộ ườ ộ ng tr i

nh đ ng truy n tr c tuy n các thành ph n đ ng pha và vuông pha không còn có ư ườ ự ế ề ầ ồ

trung bình không dù ph ng sai c a chúng v n gi ng nhau. Khi đó hàm pdf c a tín ươ ủ ủ ẫ ố

2

hi u nh n đ c có phân b Rician: ậ ượ ệ ố

)

(

2 + A r 2 s 2

- (cid:0) (cid:0) (cid:0) e ) I r 0 r 2 Ar 2 = (cid:0) p r ( ) s ( s 0 (1.3) (cid:0) (cid:0) r 0 0 (cid:0)

V i Iớ 0 là hàm Bessel bi n đ i b c 0 lo i 1 ổ ậ ế ạ

G i K là t s năng l ỉ ố ọ ượ ng gi a thành ph n tr i v i các thành ph n tán x ộ ớ ữ ầ ầ ạ

2

=

K

khác:

A s 22

(1.4)

0 = 1, hàm pdf Rician suy gi m thành

N u không có thành ph n tr i A=0, I ế ầ ộ ả

ớ s hàm pdf Rayleigh. Khi A khá l n so v i ớ , phân b là x p x Gaussian. Vì v y có ỉ ấ ậ ố

th nói kênh fading Rician là tr ng h p chung nh t. ể ườ ấ ợ

ng làm gi m đáng k đ sâu fading. V m t BER Thành ph n tr i th ầ ộ ườ ể ộ ả ề ặ

fading Rician có ch t l ng cao h n fading Rayleigh. ấ ượ ơ

Hình 1.2: Hàm pdf Rician v i nh ng giá tr khác nhau c a K.

ữ

ủ

ớ

ị

1.3.1.3. Th ng kê c a fading. ủ ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

a) Fast fading.

ổ Tín hi u băng t n g c thay đ i nhanh nh th nào so v i t c đ thay đ i ư ế ớ ố ệ ầ ố ổ ộ

c a kênh s quy t đ nh m t kênh là slow fading hay fast fading. Trong m t kênh ủ ế ị ẽ ộ ộ

fast fading, đáp ng xung c a kênh thay đ i nhanh trong m t chu kì symbol. Và ứ ủ ổ ộ

th ườ ử ng do ph n x nhi u tia c a sóng truy n, do các v t th tán x nh nhà c a ề ủ ư ề ể ậ ạ ả ạ

ho c r ng cây…Ng i ta th ng xét fading trong t ng 1/2 b c sóng. Hình bao ặ ừ ườ ườ ừ ướ

c có fast fading th ng theo phân b Rayleigh ho c Rician. c a tín hi u nh n đ ệ ủ ậ ượ ườ ặ ố

t m c và th i gian Hai thông s quan tr ng c a fast fading là t c đ v ủ ộ ượ ố ọ ố ứ ờ

fading trung bình. T c đ v ộ ượ ố ộ t m c đ nh nghĩa là t ng s l n b fading trong m t ứ ị ố ầ ổ ị

kho ng th i gian chia cho chính kho ng th i gian đó. N u bi ế ả ả ờ ờ t đ ế ượ c th i gian ờ

fading trung bình ta có th ch n k thu t mã hóa ki m soát l ọ ể ể ậ ỹ ỗ i thích h p trong ợ

truy n d n s . Còn th i gian fading trung bình là t ng th i gian c a t ng fading ẫ ố ủ ừ ề ờ ổ ờ

chia cho t ng s l n x y ra fading. Giá tr này dùng đ i trong ố ầ ể ướ ả ổ ị c đoán s bit b l ố ị ỗ

m t l n fading. Đi u này l c s d ng đ ch n ph i đ ng th c mã hóa kênh ộ ầ ề ạ ượ ử ụ ể ọ ươ ứ

thích h p trong h th ng. Trong th c t ệ ố ự ế ợ fast fading ch xu t hi n v i t c đ d ấ ớ ố ộ ữ ệ ỉ

li u r t th p. ệ ấ ấ

b) Slow fading.

Slow fading là s thay đ i c a suy hao đ c l y trung bình trong kho ng vài ổ ủ ự ượ ấ ả

mét và ch y u là do phân b đ a hình và môi tr ng xây d ng gi a MS và BS. ủ ế ố ị ườ ự ữ

Thông th ng Slow fading phân b theo hàm lognomal, vì v y hình bao c a tín ườ ủ ậ ố

hi u nh n đ c tính theo đ n v dB tuân theo phân b Gaussian. Slow fading còn ệ ậ ượ ơ ố ị

đ c g i là hi n t ượ ọ ệ ượ ng bóng m . ờ

M t kênh đ c g i là fast fading hay slow fading không h n nó là kênh ộ ựơ ẳ ọ

fading ph ng hay kênh fading l a ch n t n s . Fast fading ch đ c p đ n t c đ ọ ầ ố ỉ ề ậ ế ố ự ẳ ộ

thay đ i c a kênh do s chuy n đ ng. M t s ng i th ộ ố ườ ổ ủ ự ể ộ ườ ậ ng nh m l n gi a thu t ẫ ữ ầ

ẹ ng fast fading và slow fading v i thu t ng fading di n r ng và fading di n h p. ệ ộ ữ ữ ệ ậ ớ

C n nh n m nh r ng fast fading và slow fading liên quan đ n m i quan h gi a t ệ ữ ỉ ế ầ ạ ấ ằ ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

l ệ ờ th i gian thay đ i trong kênh và tín hi u phát, mà không liên quan đ n mô hình ệ ế ổ

suy hao đ ng truy n. ườ ề

1.3.2. Suy hao đ ng truy n. ườ ề

T i anten phát, các sóng vô tuy n s đ c truy n đi theo m i h ng (nghĩa ế ẽ ượ ạ ọ ướ ề

là sóng đ c m r ng theo hình c u). Ngay c khi chúng ta dùng anten đ nh h ượ ở ộ ầ ả ị ướ ng

đ truy n tín hi u, sóng cũng đ ệ ể ề ượ c m r ng d ở ộ ướ ạ i d ng hình c u nh ng m t đ ầ ậ ộ ư

năng l ng khi đó s đ c t p trung vào m t vùng nào đó do ta thi ượ ẽ ượ ậ ộ ế ế ế t k . Vì th ,

v i di n tích m t c u. Hay nói cách khác là m t đ công su t c a sóng gi m t l ấ ủ ậ ộ ỉ ệ ớ ặ ầ ệ ả

ng đ sóng gi m t l v i bình ph c ườ ỉ ệ ớ ả ộ ươ ng kho ng cách. ả

2

R: Công su t thu đ ấ ượ c sau khi truy n tín hi u qua m t kho ng cách ệ ề ả ộ

R

(cid:246) (cid:230) = (cid:247) (cid:231) (1.5) P R GGP T T ł Ł l p 4 R

c (W). PR : Công su t tín hi u thu đ ệ ấ ượ

PT : Công su t phát (W). ấ

i anten thu (anten đ ng h ng). GR : Đ l ộ ợ ẳ ướ

i anten phát. Gp : Đ l ộ ợ

l : B c sóng c a sóng mang. ủ ướ

R: Kho ng cách truy n. ề ả

2

2

Ho c ta có th vi t l i là: ể ế ạ ặ

2

2 fR

R

R

(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) R = = (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (1.6) p 4 l ł Ł ł Ł p 4 c P T P R 11 GG T 11 GG T

do: G i ọ Lpt là h s suy hao do vi c truy n d n trong không gian t ệ ề ẫ ệ ố ự

Lpt(dB)=PT(dB) - PR(dB)

(1.7) =-10logGT -10log10GR+20logf+20logR-47.6dB

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Nói chung truy n d n trong không gian t ẫ ề ự do r t đ n gi n, chúng ta có th ả ấ ơ ể

ạ xây d ng mô hình chính xác cho các tuy n thông tin v tinh và các tuy n liên l c ế ự ế ệ

tr c ti p (không b v t c n) nh các tuy n liên l c vi ba đi m n i đi m trong ị ậ ả ự ư ể ể ế ế ạ ố

ph m vi ng n. Tuy nhiên, cho h u h t các tuy n thông tin trên m t đ t nh thông ặ ấ ư ế ế ầ ạ ắ

tin di đ ng, m ng LAN không dây, môi tr ạ ộ ườ ng truy n d n ph c t p h n nhi u do ứ ạ ề ề ẫ ơ

ề đó vi c t o ra các mô hình cũng khó khăn h n. Ví d đ i v i nh ng kênh truy n ụ ố ớ ệ ạ ữ ơ

do không đ d n vô tuy n di đ ng UHF, khi đó đi u ki n v không gian t ẫ ế ệ ề ề ộ ự ượ c

th a, chúng ta có công th c tính suy hao đ ng truy n nh sau: ứ ỏ ườ ư ề

pl

R

BS

10

-= - - - - L 10 log 10 log G 20 log h 20 log 40 log R G T h MS (1.8)

V i ớ hBS, hMS << R là đ cao anten tr m phát và anten c a MS. ủ ạ ộ

1.3.3. Tr i tr trong hi n t ng đa đ ả ễ ệ ượ ườ . ng

Tín hi u nh n đ ệ ậ ượ ầ c n i thu g m tín hi u thu tr c ti p và các thành ph n ự ệ ế ồ ơ

ph n x . Tín hi u ph n x đ n sau tín hi u thu tr c ti p vì nó ph i truy n qua ạ ế ự ệ ệ ế ề ả ả ạ ả

m t kho ng dài h n, và nh v y nó s làm năng l ng thu đ c tr i r ng theo ư ậ ẽ ả ơ ộ ượ ượ ả ộ

th i gian. Kho ng tr i tr (delay spread) đ ả ả ờ ễ ượ ệ c đ nh nghĩa là kho ng chênh l ch ả ị

c cu i cùng. Trong th i gian gi a tín hi u thu tr c ti p và tín hi u ph n x thu đ ự ế ữ ệ ệ ạ ả ờ ượ ố

thông tin vô tuy n, tr i tr có th gây nên nhi u xuyên ký t ả ễ ể ễ ế ự ế ư ệ ố n u nh h th ng

không có cách kh c ph c. ụ ắ

1.3.4. T p âm tr ng Gauss. ắ ạ

ề T p âm tr ng Gaussian là lo i nhi u ph bi n nh t trong h th ng truy n ổ ế ệ ố ễ ạ ấ ạ ắ

d n.ẫ

Lo i nhi u này có m t đ ph công su t là đ ng đ u trong c băng thông ậ ộ ề ễ ả ấ ạ ổ ồ

và có phân b Gaussian v biên đ . Theo ph ng th c tác đ ng thì nhi u Gaussian ề ố ộ ươ ứ ễ ộ

ủ là nhi u c ng. V y d ng kênh truy n ph bi n là kênh truy n ch u tác đ ng c a ổ ế ề ễ ề ậ ạ ộ ộ ị

t (sinh ra do s chuy n đ ng nhi t c a các nhi u Gaussian tr ng c ng. Nhi u nhi ắ ễ ễ ộ ệ ự ể ộ ệ ủ

h t mang đi n gây ra) là lo i nhi u tiêu bi u cho nhi u Gaussian tr ng c ng tác ạ ễ ễ ể ệ ắ ạ ộ

t, trong h th ng OFDM, khi s sóng mang đ ng đ n kênh truy n d n. Đ c bi ộ ế ề ặ ẫ ệ ệ ố ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ph là r t l n thì h u h t các thành ph n nhi u khác cũng có th đ ầ ế ấ ớ ể ượ ụ ễ ầ ễ c coi là nhi u

Gaussian tr ng c ng tác đ ng trên t ng kênh con vì xét trên t ng kênh con riêng l ừ ừ ắ ộ ộ ẻ

thì đ c đi m c a các lo i nhi u này th a mãn các đi u ki n c a nhi u Gaussian ỏ ệ ủ ủ ề ể ễ ễ ạ ặ

tr ng c ng. ắ ộ

c mô H u h t các lo i nhi u trong h th ng thông tin vô tuy n có th đ ệ ố ể ượ ễ ế ế ạ ầ

hình hoá chính xác nh dùng d li u Gauss tr ng c ng (AWGN). ữ ệ ắ ờ ộ

Nh v y tín hi u khi truy n qua kênh truy n AWGN ph i thêm vào m t tín ư ậ ệ ề ề ả ộ

2

m

hi u ng u nhiên không mong mu n phân b theo hàm Gauss: ệ ẫ ố ố

(

x

) 2

s

=

2

p x ( )

e

s

1 p 2

- - (1.9)

1.3.5. Hi n t ng Doppler. ệ ượ

lV

 S

θ θ Y v X Di đ ng ộ

Hình 1.3: Mô hình hi n t

ng Doppler.

ệ ượ

ng đ i so v i nhau, t n s sóng Khi đ u phát và đ u thu chuy n đ ng t ầ ể ầ ộ ươ ầ ố ố ớ

cũng khác t n s sóng mang truy n f mang nh n bao gi ậ ờ ầ ố ề C. Xét tr ườ ợ

di chuy n v i v n t c không đ i v v i góc ớ ậ ố ể ổ ớ ng h p khi MS q so v i tín hi u đ n. Tín hi u nh n ậ ế ệ ệ ớ

p

đ c là: ượ

]

{

}

= ( ) Re

S t

[ j exp 2 (

A

f

f

t )

C

D

D là d ch Dopper.

- (1.10)

Trong đó A là biên đ , fộ C là t n s phát, f ầ ố ị

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

=

f

q os( )=

c

q cos( )

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

D

v l

vf c c

(1.11)

Nh v y t n s nh n là: ư ậ ầ ố ậ

(1.12) fr = fC - fD

D ch Dopper c c đ ự ại: ị

(1.13) fm= cvf c

T n s d ch Doppler có th d ng ho c âm tùy thu c vào đ u thu di ố ị ể ươ ầ ầ ặ ộ

chuy n v phía đ u phát hay đi cách xa đ u phát. Trong môi tr ng th c t , tín ề ể ầ ầ ườ ự ế

hi u đ n theo các đ ng ph n x khác nhau v i kho ng cách và góc đ n khác ế ệ ườ ế ả ả ạ ớ

+

ậ nhau. Xét m t sóng phát d ng sin, thay vì là m t đ d ch Doppler đ n gi n ta nh n ộ ộ ị ả ạ ộ ơ

v c / )

(1

v c / )

cf

cf ừ (1

- đ c đo n ph tr i r ng t đ ch s tr i ph Doppler. ượ ổ ả ộ ạ đ n ế ể ỉ ự ả ổ

Khi m i h ng c a tr m di đ ng ho c m i góc đ n gi s có xác su t b ng nhau ọ ướ ủ ế ặ ạ ộ ọ ả ử ấ ằ

c tính theo công (phân ph i đ u ), m t đ ph công su t c a tín hi u nh n đ ổ ố ề ậ ộ ấ ủ ệ ậ ượ

=

S f (

)

th c:ứ

K f

p 2

1 f

f

2

M

c

1 (

)

f

m

- (1.14) -

V i K là h ng s . ố ằ ớ

=

t ( )

K c

p t . os(2 f

)

t (2

f

)

Khi đó hàm t ng quan c a tín hi u nh n đ c là: t ự ươ ậ ượ ủ ệ

R s

p J 0

c

m

(1.15)

J0 là hàm Bessel b c không. ậ

D ch Doppler có th gây ra các v n đ quan tr ng n u ẫ ế k thu t truy n d n ề ề ể ậ ấ ọ ỹ ị

nh y c m v i l ch t n s sóng mang ch ng h n nh k thu t OFDM. ạ ả ầ ố ớ ệ ư ỹ ạ ẳ ậ

1.4. T ng quan v k thu t MIMO-OFDM. ề ỹ ổ ậ

V i s phát tri n d ch v di đ ng, ngày càng yêu c u t c đ cao (băng ầ ố ớ ự ụ ể ộ ộ ị

thông r ng) và ch t l ng thông tin t t. ấ ượ ộ ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Trong đó k thu t OFDM và MIMO đã đ ậ ỹ ượ ử ụ ầ c s d ng đ đáp ng yêu c u ứ ể

trên. K thu t MIMO giúp tăng t c đ d li u và v n gi ộ ữ ệ ẫ ậ ố ỹ đ ữ ượ c đ tin c y thông ậ ộ

ề tin, gi m công su t phát. Và k thu t OFDM giúp ch ng nhi u, tăng c li truy n ự ễ ậ ả ấ ố ỹ

tin trong môi tr ng không dây. K thu t MIMO-OFDM là s k t h p c a hai k ườ ự ế ợ ủ ậ ỹ ỹ

thu t MIMO và OFDM đ t n d ng c hai u đi m c a các k thu t, mang l ả ể ậ ư ủ ụ ể ậ ậ ỹ ạ i

ch t l ng thông tin trao đ i là t ấ ượ ổ ố t nh t. ấ

1.4.1. Đ nh nghĩa và khái ni m. ệ ị

OFDM vi t c a Orthogonal Frequency Division Multiplexing, là t t ế ắ ủ ậ k thu t ỹ

ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao. OFDM là k thu t chia dòng d li u ban ầ ố ự ữ ệ ậ ỹ

đ u t c đ cao thành nhi u dòng d li u t c đ th p h n. M i dòng d li u này ầ ố ữ ệ ố ộ ấ ữ ệ ề ộ ỗ ơ

c truy n trên m t sóng mang con. Các sóng mang con đ s đ ẽ ượ ề ộ ượ ế ự c đi u ch tr c ề

giao v i nhau. Sau đó sóng mang con đ ớ ượ ổ c t ng h p v i nhau và đ ớ ợ ượ c chuy n lên ể

t n s cao đ truy n đi. T i đ u thu, d li u s đ ầ ố ữ ệ ẽ ượ ư ề ầ ơ ở ở c đ a v băng t n c s b i ạ ầ ề ể

b tr n. Sau đó đ ộ ộ ượ c tách thành các lu ng d li u t c đ th p. Lo i b sóng mang ữ ệ ố ộ ấ ạ ỏ ồ

con, chuy n v các lu ng tín hi u g c. Cu i cùng đ c t ng h p thành lu ng d ề ể ệ ồ ố ố ượ ổ ồ ợ ữ

li u ban đ u. ệ ầ

MIMO vi t t ế ắ ủ ề t c a Multi Input Multi Output, là k thu t s d ng nhi u ậ ử ụ ỹ

anten phát ho c nhi u anten phát và thu nh m đ t đ ạ ượ ề ằ ặ ệ c đ tin c y c a tín hi u ủ ậ ộ

ầ truy n d n và t c đ d li u cao. K thu t MIMO là chia dòng d li u ban đ u ộ ữ ệ ữ ệ ề ậ ẫ ố ỹ

thành các dòng d li u con theo m t thu n toán cho tr c, sau đó đ a t ng dòng ữ ệ ậ ộ ướ ư ừ

ng ng và truy n đi. Phía thu s nh n đ c các dòng d li u này đ n các anten t ế ữ ệ ươ ứ ậ ượ ề ẽ

i dòng d li u ban d li u này, s d ng các thu t toán thích h p đ t ng h p l ậ ữ ệ ử ụ ể ổ ợ ạ ợ ữ ệ

đ u.ầ

MIMO-OFDM là s k t h p c hai k thu t OFDM và MIMO trên. ự ế ợ ả ậ ỹ

1.4.2. K thu t MIMO-OFDM. ậ ỹ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Anten 1 Kh i phát MIMO-OFDM ố

ố TX 1 Kh i phát OFDM 1

Anten n Bits input Kh i ố phát MIMO . . . . ố TX n Kh i phát OFDM n

Kh i nh n MIMO-OFDM ố ậ

Anten 1

Kh i thu ố OFDM 1 RX 1

Bits output Kh i thu ố MIMO Anten m

. . . .

Kh i thu ố OFDM m RX m

Hình 1.4: Mô hình t ng quát h th ng MIMO-OFDM.

ệ ố

ổ

c kh i MIMO Kh i phát MIMO-OFDM: M t chu i tín hi u đ u vào s đ ộ ẽ ượ ệ ầ ố ỗ ố

mã hoá và tách ra thành các dãy tín hi u riêng bi t. T ng dãy tín hi u này s đ ệ ệ ẽ ượ c ừ ệ

ng ng đ chuy n thành các tín hi u OFDM. Sau đó đ a vào kh i phát OFDM t ư ố ươ ứ ể ể ệ

đ c đ a đ n kh i TX đ chuy n thành tín hi u cao t n và truy n đi qua các ượ ư ệ ể ề ể ế ầ ố

anten.

Kh i thu MIMO-OFDM: Tín hi u cao t n đ ệ ầ ố ượ c thu nh n b i các anten ở ậ ở

ố kh i thu. B RX s chuy n tín hi u cao t n thành các tín hi u t n s th p. Kh i ệ ầ ố ấ ể ẽ ệ ầ ộ ố

thu OFDM s chuy n tín hi u OFDM thành các tín hi u thông th ẽ ệ ể ệ ườ ng. Kh i thu ố

MIMO s gi ẽ ả ộ i mã và t ng h p các dãy tín hi u sau kh i thu OFDM thành m t ệ ổ ố ợ

chu i tín hi u ban đ u. ệ ầ ỗ

1.5. K t lu n ch ng. ế ậ ươ

ệ ố K thu t MIMO-OFDM ra đ i đã t o ra r t nhi u u đi m cho h th ng ạ ề ư ể ấ ậ ờ ỹ

thông tin di đ ng. Đó là cho hi u năng ph cao, thích ng v i truy n d n đa đ ứ ệ ề ẫ ộ ớ ổ ườ ng

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

c s phân t p anten t trong h th ng truy n d n không dây, t n d ng đ ẫ ệ ố ụ ề ậ ượ ự ậ ừ ả đó c i

thi n ch t l ng tín hi u t i đ u thu, ch ng đ c hi n t ng Fading nh h ấ ượ ệ ệ ạ ầ ố ượ ệ ượ ả ưở ng

đ n h th ng băng r ng. ế ệ ố ộ

Các ch ng sau s trình bày chi ti ươ ẽ ế ừ ự ế t t ng k thuât OFDM, MIMO và s k t ỹ

h p MIMO-OFDM. ợ

Ch ng 2 ươ

K THU T OFDM. Ậ Ỹ

2.1. Gi ớ i thi u. ệ

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là ghép kênh phân

chia theo t n s tr c giao. OFDM là k thu t chia dòng d li u ban đ u t c đ cao ầ ố ộ ầ ố ự ữ ệ ậ ỹ

thành nhi u dòng d li u t c đ th p h n. M i dòng d li u này s đ ữ ệ ố ộ ấ ữ ệ ẽ ượ ề ỗ ơ ề c truy n

trên m t sóng mang con. Các sóng mang con đ c đi u ch tr c giao v i nhau. Sau ộ ượ ế ự ề ớ

đó sóng mang con đ c chuy n lên t n s cao đ ượ ổ c t ng h p v i nhau và đ ớ ợ ượ ể ầ ố ể

truy n đi. ề

T i đ u thu, d li u s đ c đ a v băng t n c s b i b tr n. Sau đó ữ ệ ẽ ượ ư ề ơ ở ở ộ ộ ạ ầ ầ

đ c tách thành các lu ng d li u t c đ th p, lo i b sóng mang con, chuy n v ượ ữ ệ ố ộ ấ ạ ỏ ể ồ ề

các lu ng tín hi u g c, t ng h p thành lu ng d li u ban đ u. ợ ệ ố ổ ữ ệ ầ ồ ồ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

K thu t OFDM truy n thông tin trên các sóng mang con đ ề ậ ỹ ượ c đi u ch ề ế

tr c giao v i nhau nên có r t nhi u u đi m trong thông tin di đ ng nh ng cũng có ể ề ư ự ư ấ ớ ộ

vài khuy t đi m c n kh c ph c. ụ ế ể ắ ầ

Ư ể u đi m c a OFDM: ủ

 Gi m nhi u xuyên kênh. ễ ả

 Gi m nhi u xuyên kí t ễ ả . ự

 Hi u su t s d ng băng thông cao. ấ ử ụ ệ

t trong các kênh fading nhi u tia.  Ho t đ ng t ạ ộ ố ề

Khuy t đi m c a OFDM: ủ ể ế

 Kí t symbol OFDM b nhi u biên đ trong m t kho ng đ ng r t l n. Vì ự ấ ớ ễ ả ộ ộ ộ ị

s PAPR (Peak to Average Power Ratio) cao c a OFDM. D gây nhi u xuyên t ỷ ố ủ ễ ễ

đi u ch . ế ề

 Méo nhi u (distortion) trong băng l n b c x ngoài băng do rút ng n ắ ứ ễ ạ ẫ

(clipping) tín hi u.ệ

t c a sóng mang h n các h  OFDM nh y v i t n s offset và s tr ớ ầ ự ượ ủ ạ ố ơ ệ

th ng đ n sóng mang con khác. T n s offset c a sóng mang gây nhi u cho các ủ ễ ầ ơ ố ố

sóng mang con tr c giao và gây ra nhi u liên kênh làm gi m ho t đ ng cho các b ạ ộ ự ễ ả ộ

đi u ch m t cách tr m tr ng. Vì v y đ ng b là m t v n đ c c kì c n thi ộ ấ ế ộ ề ự ề ậ ầ ầ ọ ồ ộ ế ố t đ i

v i b thu OFDM. ớ ộ

2.2. Khái ni m chung. ệ

2.2.1. H th ng đ n sóng mang. ệ ố ơ

H th ng đ n sóng mang là h th ng mà d li u đ ệ ố ệ ố ữ ệ ơ ượ ề c đi u ch và truy n ế ề

đi ch trên m t sóng mang. ộ ỉ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Hình 2.1: S đ chung c a h th ng đ n sóng mang.

ủ ệ ố

ơ ồ

ơ

)

=

V i quá trình đi u ch đ n sóng mang, tín hi u đ ế ơ ệ ượ ề ớ c bi u di n nh sau: ễ ư ể

tS )(

( tga l

lT s

l

- (cid:229) (2.1)

th l. Trong đó al là d li u đ u vào c a kí t ữ ệ ủ ầ ự ứ

2.2.2. H th ng đa sóng mang. ệ ố

H th ng đa sóng mang là h th ng có d li u đ c đi u ch và truy n đi ệ ố ệ ố ữ ệ ượ ề ế ề

ệ trên nhi u sóng mang khác nhau. C th h n, h th ng đa sóng mang chia tín hi u ụ ể ơ ệ ố ề

ban đ u thành các lu ng tín hi u khác nhau, và đi u ch m i dòng tín hi u v i các ế ỗ ề ệ ệ ầ ớ ồ

sóng mang khác nhau. Các tín hi u đ c truy n trên các kênh t n s khác nhau, sau ệ ượ ầ ố ề

đó ghép nh ng kênh này l ữ ạ i theo ki u FDM. ể Ở ẽ ư ế phía thu, b tách kênh s đ a đ n ộ

c gi b thu các kênh có t n s khác nhau, sau đó chúng đ ộ ầ ố ượ ả i đi u ch t o ra tín ế ạ ề

hi u g c ban đ u. ệ ố ầ

Hình 2.2: S đ h th ng đa sóng mang.

ơ ồ ệ ố

+(cid:0)

N

p

H th ng đa sóng mang, tín hi u có th đ ệ ố ể ượ ệ c bi u di n nh sau: ễ ư ể

j

2

f

(

t

)

k

iT s

=

s t ( )

f

t (

)

c e ki

iT s

- - (2.2)

��

=-

i

= k

1

(cid:0)

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Cik là kí hi u th I t ệ ứ ạ i sóng mang k; f(t) là d ng xung c a kí hi u ệ ạ ủ

1

k T s

1 sT

- ; D f = (2.3) fk =

< (cid:0)

N u ta s d ng d ng xung ch nh t thì: ữ ậ ử ụ ế ạ

1;0

0;

t

0;

t T s t T s

(cid:0) (cid:0) f(t)= (2.4) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

. 2.2.3. Tín hi u tr c giao ệ ự

Các tín hi u là tr c giao n u chúng đ c l p v i nhau. Tín hi u tr c giao có ộ ậ ự ự ệ ế ệ ớ

tính ch t cho phép truy n và thu t t nhi u tín hi u trên cùng m t kênh truy n mà ề ấ ố ề ệ ề ộ

không gây ra nhi u xuyên kí t gi a các tín hi u này. ễ ự ữ ệ

Tính tr c giao c a tín hi u đ c th hi n ự ủ ệ ượ ể ệ ở ạ ề d ng ph c a nó trong mi n ổ ủ

ứ t n s . Trong mi n t n s , m i sóng mang con c a tín hi u tr c giao có đáp ng ầ ố ề ầ ố ủ ự ệ ỗ

t n s là sin hay sin(x)/x. Biên đ hàm sine có d ng búp chính h p và nhi u búp ầ ố ề ẹ ạ ộ

ph có biên đ gi m d n khi càng xa t n s trung tâm. M i sóng mang c a tín ầ ộ ả ụ ủ ầ ố ỗ

hi u có biên đ đ nh tai t n s trung tâm c a nó và b ng 0 t ầ ố ộ ỉ ủ ệ ằ ạ ầ ố ủ i t n s trung tâm c a

sóng mang khác. Do đó ta g i các tín hi u tr c giao nhau. ọ ự ệ

c đi u ch b i 4 sóng mang con hình Ví d : gi ụ ả ử s 4 tín hi u tr c giao đ ệ ự ượ ế ở ề

sine sau:

Hình 2.3a: B n sóng mang tr c giao nhau.

ự

ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Hình 2.3b: Ph c a 4 sóng mang tr c giao.

ổ ủ

ự

Ch.1 Ch.2 Ch.3 Ch.4 Ch.5 Ch.6 Ch.7 Ch.8 Ch.9 Ch.10

Frequency

Hình 2.4a: K thu t đa sóng mang.

ậ

ỹ

Saving of bandwidth

Frequency

Hình 2.4b: K thu t ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao.

ầ ố ự

ậ

ỹ

2.3. S đ h th ng OFDM băng c s ơ ồ ệ ố ơ ở.

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

X(k) x(n)

S/P Chèn pilot IDFT P/S Kênh S p ắ x p và ế mã hoá (n) x f Chèn d i b o ả ả vệ

d ữ li u ệ nh ị phân vào

AWGN

Y(k) y(n) (n) y f w(n)

+ P/S DFT S/P ng c Ướ l ượ kênh gi i mã ả và s p ắ i x p l ế ạ Lo i ạ b d i ỏ ả b o vả ệ

d ữ li u ệ nh ị phân ra

Hình 2.5: S đ h th ng OFDM. ơ ồ ệ ố

 Kh i s p x p và mã hoá: mã hoá dòng d li u b ng thu t toán FEC ố ắ ữ ệ ế ậ ằ

(Forward error correcing) và đ c s p x p theo m t trình t h n h p. ượ ắ ế ộ ự ỗ ợ

 Kh i S/P: chuy n dòng d li u nh phân t c đ cao ban đ u thành các ị ữ ệ ể ầ ố ố ộ

dòng d li u song song t c đ th p h n. ố ộ ấ ữ ệ ơ

 Kh i chèn pilot: chèn các chu i gi nhi u, giúp ta ng đ c đ ố ỗ ả ễ c l ướ ượ ượ ộ

quay pha do l i t n s gây ra. ỗ ầ ố

 Kh i IDFT: dùng thu t toán IFFT, tính toán các m u th i gian t ẫ ậ ố ờ ươ ứ ng ng

v i các kênh nhánh trong mi n t n s . ề ầ ố ớ

 Kh i chèn d i b o v : chèn các kho ng b o v đ gi m nhi u xuyên kí ệ ể ả ả ả ệ ễ ả ả ố

.ự t

 AWGN: Nhi u Gause tr ng c ng, do tác đ ng trong quá trình truy n d ễ ề ắ ộ ộ ữ

li u.ệ

 Kh i c l ng kênh: ng kênh (Channel Estimation) trong h ố ướ ượ c l ướ ượ ệ

ể ự th ng OFDM là xác đ nh hàm truy n đ t c a các kênh con và th i gian đ th c ạ ủ ề ố ờ ị

i đi u ch bên thu khi bên phát s d ng ki u đi u ch k t h p (coherent hi n gi ệ ả ế ế ợ ử ụ ề ề ể ế

modulation).

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

Các kh i phía máy thu OFDM thì th c hi n quá trình ng i v i các c l ố ở ự ệ ượ ạ ớ

kh i máy phát. ố ở

ọ . 2.4. C s toán h c ơ ở

. 2.4.1. Tr c giao ự

n(t), trong đó n = 0,1,…,N-1. t1≤ t ≤ t2.

Xét t p h p N sóng mang con f ậ ợ

t

2

T p h p sóng mang này s tr c giao khi : ẽ ự ậ ợ

0;

= (cid:0)

f

t ( )

f

t ( )

n

* m

n m = K n m

;

t 1

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (2.5) (cid:0)

K: h ng s ; ằ ố

tf n

p2= j e

f

Sóng mang OFDM th ng có d ng: ườ ạ

n

(2.6)

Trong đó : fn = f0 + nΔf = f0 + n/T.

f0 : đ d ch t n ban đ u. ộ ị ầ ầ

Δf là đ chênh l ch gi a 2 t n s sóng mang g n nhau. ữ ầ ố ệ ầ ộ

2.4.2. IFFT/FFT.

DFT (discrete fourier transform) là bi n đ i Fourier r i r c. IDFT (inversion ế ờ ạ ổ

discrete fourier transform) là bi n đ i ng c Fourier r i rac. IFFT/FFT là thu t toán ế ổ ượ ậ ờ

giúp th c hi n nhanh phép chuy n đ i IDFT/ DFT. ự ệ ể ổ

IDFT đ ượ ử ụ c s d ng đ bi n đ i chu i d li u có chi u dài N{X(k)} thành ỗ ữ ệ ể ế ề ổ

các tín hi u r i r c trong mi n th i gian {x(n) }theo công th c sau: ờ ệ ờ ạ ứ ề

(2.7)

N là chi u dài DFT. ề

DFT đ c s d ng bi n đ i tín hi u r i r c trong mi n th i gian y(n) thành ượ ử ụ ệ ờ ạ ề ế ổ ờ

chu i d li u Y(k) theo công th c sau: ỗ ữ ệ ứ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

(2.8)

2N-IFFT/FFT :

Tín hi u vào b 2N-IFFT/FFT là chu i tín hi u th c có đ dài 2N, thay th ỗ ự ệ ệ ộ ộ ế

cho chu i tín hi u ph c có đ dài N. Nguyên t c t o ra chu i tín hi u X’(k) có đ ắ ạ ứ ệ ệ ỗ ộ ỗ ộ

dài 2N thay th cho chu i tín hi u ph c X(k) có đ dài N là : ứ ệ ế ỗ ộ

= (cid:0)

' X k ( )

*

X k ( ), N k ),

= 1,..., k + = k N

N 1 1,.., 2

X

(2

N

1

=

X

X

)0(

- (cid:0) (2.9) - - (cid:0)

Re( =

)0(' NX (' )

Im(

X

)0(

Và (2.10)

2.5. Các k thu t c b n trong OFDM. ậ ơ ả ỹ

2.5.1. S đ đi u ch /Gi ơ ồ ề ế ả i đi u ch ề ế.

Trong h th ng OFDM tín hi u vào là lu ng bit d ng nh phân. Nên trong ệ ố ệ ồ ở ạ ị

h th ng OFDM là các quá trình đi u ch s và có th đ ệ ố ế ố ể ượ ề c ch n d a trên yêu ự ọ

c u công su t và hi u su t s d ng băng thông kênh. ầ ấ ử ụ ệ ấ

K thu t đi u ch QAM. ề ế ậ ỹ

Trong h th ng PSK, các thành ph n đ ng pha và vuông pha đ ệ ố ầ ồ ượ ế ợ c k t h p

v i nhau sao cho t o thành m t tín hi u đ ớ ệ ườ ạ ộ ạ ng bao không đ i. Tuy nhiên, n u lo i ế ổ

b đi u này và đ các thành ph n đ ng pha và vuông pha có th đ c l p v i nhau ỏ ề ể ộ ậ ể ầ ớ ồ

thì ta đ ng QAM (đi u ch ượ c m t s đ đi u ch m i g i là đi u biên c u ph ế ớ ọ ộ ơ ồ ề ề ầ ươ ề ế

biên đ vuông góc). s đ đi u ch này, sóng mang b đi u ch c biên đ và ộ Ở ơ ồ ề ế ả ị ề ế ộ

pha. Đi u ch QAM có u đi m là tăng dung l ng đ ư ể ề ế ượ ườ ng truy n d n s . ề ẫ ố

D ng t ng quát c a đi u ch QAM M tr ng thái ( M_QAM ) đ c xác đ nh ủ ề ế ạ ạ ổ ượ ị

nh sau: ư

)

=

+

0 t T

p cos(2

)

p sin(2

)

S t ( ) 1

a i

f t c

b i

f t c

2 E 0 T

2 E 0 T

(cid:0) (cid:0) ; ( (2.11)

Trong đó:

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ng c a tín hi u có biên đ th p nh t. E0 là năng l ượ ộ ấ ủ ệ ấ

c ch n tuỳ theo v trí kí t trong chòm ai, bi là c p s nguyên đ c l p đ ặ ố ộ ậ ượ ọ ị ự

sao.

Tín hi u sóng mang g m 2 thành ph n vuông góc đ ệ ầ ồ ượ ộ c đi u ch b i m t ế ở ề

t p h p tín hi u r i r c vì th có tên là “đi u ch biên đ vuông góc”. ậ ệ ờ ạ ế ề ế ợ ộ

i(t) thành c p hàm c s : ơ ở

Có th phân tích S ể ặ

)

f

=

0 t T

t ( )

p sin(2

)

1

b i

f t c

2 T

(cid:0) (cid:0) ;( (2.12)

)

f

=

0 t T

t ( )

p cos(2

)

2

a i

f t c

2 T

(cid:0) (cid:0) ;( (2.13)

Hình 2.6: Chùm tín hi u M_QAM.

ệ

D ng đi u ch có th đ c qui đ nh b i s tr ng thái ngõ vào M và s ể ượ ề ế ạ ở ố ạ ị ố

ph c ngõ ra. ứ ở

1- =j);

(2.14) dn = an + jbn ; (

c ch n nh sau: an và bn có th đ ể ượ ư ọ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ề D ng đi u ạ M an , bn chế

2 BPSK ±1

4 QPSK ±1

16 16-QAM ±1, ±3

64 64-QAM ±1, ±3, ±5, ±7

2.5.2. Mã hoá kênh.

Trong h th ng thông tin s nói chung, mã hóa s a sai theo ph ng pháp ệ ố ử ố ươ

FEC (Forward Error Correcting) đ c s d ng đ nâng cao ch t l ng thông tin, ượ ử ụ ấ ượ ể

s l i trong gi i h n cho phép mà không ph i nâng cao giá tr c th là đ m b o t ụ ể ả ỷ ố ỗ ả ớ ạ ả ị

s Eb/No, đi u này càng th hi n rõ kênh truy n b tác đ ng c a AWGN. t ỷ ố ể ệ ề ở ề ị ủ ộ

Mã hóa FEC đ c chia thành 2 lo i mã chính: mã kh i (block coding) và mã ượ ạ ố

ch p (convolutional coding). Ngoài ra, ng i ta còn dùng mã hóa Trellis, đây là ậ ườ

ki u mã hóa xem nh g n gi ng v i mã hóa ch p. ư ầ ể ậ ố ớ

V i mã hóa kh i: Lu ng bit vào đ ớ ồ ố ượ ỗ c chia thành nh ng nhóm có k bit, m i ữ

nhóm đ c thêm vào nh ng bit ki m tra đ t o thành nhóm m i có n bit (n>k). S ượ ể ạ ữ ể ớ ố

bit ki m tra thêm vào đây là (n-k) bit. Ví d : mã kh i tuy n tính, mã Hamming, mã ụ ế ể ố

Reed Solomon.

V i mã ch p: Đ c tr ng b i 3 thông s là (n, k, m), trong đó: n là s bit ra, k ố ư ậ ặ ớ ở ố

là s bit vào, m là s bit tr c đó. V y n bit c a t mã ra không ch ph thu c vào ố ố ướ ủ ừ ậ ỉ ụ ộ

k bit vào mà còn ph thu c vào (m-1)k bit thông tin tr c đó (đ c g i là các bit ụ ộ ướ ượ ọ

tr ng thái). n bit ngõ ra đ ạ ượ ạ ứ c t o ra b ng cách ch p k bit ngõ vào v i m t đáp ng ậ ằ ớ ộ

xung nh phân. Mã ch p đ c xây d ng b i m ch dãy. T s R=k/n đ c g i là t ậ ượ ị ỷ ố ự ạ ở ượ ọ ỷ

s mã, t ng s ô ghi d ch là (k.m) ô. ố ổ ố ị

V i mã Trellis: là m t d ng c a mã ch p nh ng có thêm ph n mã hóa. S ộ ạ ư ủ ậ ầ ớ ử

t nh t ph n s p x p (mapping) khi ta s d ng mã hóa Trellis s cho hi u qu t ụ ả ố ệ ẽ ấ ở ầ ắ ế ử

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

d ng mã hóa M-QAM v i M khác nhau trên các sóng mang nhánh khác nhau. Bên ụ ớ

thu có th s d ng thu t toán Viterbi. Viterbi là gi i mã hoá. ể ử ụ ậ ả i thu t gi ậ ả

Trong OFDM, theo m t s khuy n ngh , ng ộ ố ế ị ườ ớ i ta còn k t h p mã hóa v i ế ợ

k thu t xen r (interleaving) trên gi n đ th i gian – t n s đ kh c ph c l ỹ ồ ờ ố ể ụ ỗ i ẽ ắ ầ ả ậ

chùm (burst error) th ng xu t hi n trong thông tin đa sóng mang do hi n t ườ ệ ượ ng ệ ấ

Fading l a ch n t n s . Các l i chùm không th đ c s a b i các lo i mã hóa ọ ầ ự ố ỗ ể ượ ử ạ ở

i ta đã chuy n l i chùm (n u có x y ra) thành kênh. Nh vào k thu t xen r , ng ỹ ẽ ậ ờ ườ ể ỗ ế ả

các l i ng u nhiên và các l i ng u nhiên này d dàng đ ỗ ẫ ỗ ễ ẫ ượ ạ c kh c ph c b i các lo i ụ ở ắ

mã hóa kênh.

ắ ế 2.5.3. S p x p.

Sau khi đã đ c mã hóa và xen r , các dòng bit trên các nhánh s đ ượ ẽ ượ ẽ ề c đi u

ch BPSK, QPSK, 16-QAM, ho c 64-QAM. Dòng bit trên m i nhánh đ ế ặ ỗ ượ ắ c s p

ng pháp x p thành các nhóm có N bits (1, 2, 4, 6) khác nhau t ế ươ ứ ng ng v i các ph ớ ươ

đi u ch BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Hay nói cách khác d ng đi u ch ề ề ế ạ ế

đ c quy đ nh b i s bit ngõ ra. ượ ở ố ị ở ngõ vào và c p giá tr (I, Q) ặ ị ở

Ch ng h n: khi ta s d ng ph ng pháp đi u ch 64-QAM thì s có 6 bit ử ụ ạ ẳ ươ ẽ ế ề

ch c thành m t nhóm t đ u vào đ ầ c t ượ ổ ứ ộ ươ ng ng cho m t s ph c trên đ th ộ ố ồ ị ứ ứ

hình sao đ c tr ng cho ki u đi u ch 64-QAM (64-QAM constellation). Trong 6 bit ư ế ề ể ặ

3 b4 b5) bi u thể

thì 3 bit LSB (b0 b1 b2) s bi u th cho giá tr c a I, còn 3 bit MSB (b ẽ ể ị ủ ị ị

cho giá tr c a Q ị ủ

b0 b1 b2 000 001 011 010 110 111 101 100 I -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 b3 b4 b5 Q -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 000 001 011 010 110 111 101 100

. 2.5.4. K thu t IFFT/FFT trong OFDM ậ ỹ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

OFDM là k thu t đi u ch đa sóng mang, trong đó d li u đ ữ ệ ề ế ậ ỹ ượ ề c truy n

song song nh r t nhi u sóng mang ph . Đ làm đ ụ ể ờ ấ ề ượ ụ c đi u này, c m i kênh ph , ứ ỗ ề

ta c n m t máy phát sóng sin, m t b đi u ch và m t b gi ộ ộ ề ộ ộ ả ế ầ ộ i đi u ch . Trong ế ề

tr ng h p s kênh ph là khá l n thì cách làm trên không hi u qu , nhi u khi là ườ ợ ố ụ ệ ề ả ớ

không th th c hi n đ ể ự ệ ượ c. Nh m gi ằ ả ứ i quy t v n đ này, kh i th c hi n ch c ế ấ ự ệ ề ố

năng bi n đ i DFT/IDFT đ ổ ế ượ c dùng đ thay th toàn b các b t o dao đ ng sóng ộ ộ ạ ể ế ộ

sin, b đi u ch , gi c xem là ộ ề ế ả i đi u ch dùng trong m i kênh ph . FFT/IFFT đ ỗ ụ ế ề ượ

ơ m t thu t toán giúp cho vi c th c hi n phép bi n đ i DFT/IDFT nhanh và g n h n ự ệ ế ệ ậ ộ ọ ổ

b ng cách gi m s phép nhân ph c khi th c hi n phép bi n đ i DFT/IDFT và giúp ự ằ ứ ệ ế ả ố ổ

ti ế t ki m b nh b ng cách tính t ớ ằ ệ ộ ạ i ch . ỗ

Ta quy cướ : Chu i tín hi u vào X(k) , 0 ≤ k ≤ N-1 , ệ ỗ

Kho ng cách gi a các t n s sóng mang là : ∆f ầ ố ữ ả

OFDM là : Ts Chu kỳ c a m t ký t ủ ộ ự

T n s trên sóng mang th k là ầ ố ứ

(2.15) fk = f0 + k∆f

gi s f ả ử 0 = 0, suy ra:

(2.16) fk = n∆f

Tín hi u phát đi có th bi u di n d i d ng: ể ể ễ ướ ạ ệ

N

1

p

j

2

ftk

=

ekX )(

sTt £

tx )( a

k

= 0

- D £0 (cid:229) , (2.17)

N u l y m u tín hi u v i m t chu kỳ T ệ ế ấ ẫ ớ ộ ộ s/N, t c là ch n N m u trong m t ứ ẫ ọ

chu kỳ tín hi u, ph ng trình (2.17) đ c vi : ệ ươ ượ t l ế ạ i nh sau ư

N

1

p

j

2

nk

/

N

fT s

=

=

x

(

)

ekX )(

nx )( a

a

T s

n N

=

0

k

- D (cid:229) (2.18)

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

f =D

(

)

1=

sfT

1 sT

D N u th a mãn đi u ki n , ệ ề ế ỏ ẽ ự , thì các sóng mang s tr c

giao v i nhau, lúc này, ph ng trình (2.18) đ c vi t l i ớ ươ ượ ế ạ :

N

1

p

j

2

Nnk /

=

0

k

- = ekX )( N . IDFT {X(k)} = (cid:229) (2.19) nx )( a

Ph ng trình trên ch ng t ươ ứ ỏ ệ ờ ạ tín hi u ra c a b IDFT là m t tín hi u r i r c ủ ộ ệ ộ

cũng có chi u dài là N nh ng trong mi n th i gian. ư ề ề ờ

T i b thu, b DFT đ c s d ng đ l y l i tín hi u X(k) ban đ u ạ ộ ộ ượ ử ụ ể ấ ạ ệ ầ

Th t v y, ta có : ậ ậ

N

1

N

1

N

1

p

j

2

/ Nnk

p 2

j

Nkmn

/)

(

=

=

emX ) (

* )( kX

DFT

{x

})( n

- - - - - (cid:229) (cid:229)

(cid:229)=

a

)( enx a

1 N

=

=

=

0

n

m

0

n

0

N

1

N

1

N

1

p

j

2

Nkmn

/)

(

=

=

mX (

)

e

d kmNmX

)

(

(

)

1 N

1 N

=

=

=

m

0

0

n

m

0

- - - - - (cid:229) (cid:229) (cid:229)

N

1

)(kX

d () kmmX

(

)

=

m

0

d

km -

(

)

- - = (cid:229) = (2.20)

=

đây, hàm là hàm delta, đ c đ nh nghĩa là : Ở ượ ị

1

khi

n

0

=

nd )(

0

khi

n

0

(cid:236) (cid:237) (2.21) „ (cid:238)

Khi yêu c u truy n đi X(k) d ề ầ ướ ạ i d ng ph c đ th hi n m c đi u ch ể ể ệ ứ ứ ề ế

QAM khác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay s bit truy n đi trên các kênh ề ố

truy n ph là khác nhau), có th s d ng b 2N-IFFT/FFT. ể ử ụ ụ ề ộ

2.5.5. Ti n t . l p CP ề ố ặ

Ti n t l p (CP) là m t k thu t x lý tín hi u trong OFDM nh m h n ch ề ố ặ ậ ử ộ ỹ ệ ạ ằ ế

(ISI), nhi u xuyên kênh đ n m c th p nh t nh h ấ ế ấ ả ứ ưở ng c a nhi u xuyên ký t ễ ủ ự ễ

(ICI) đ n tín hi u OFDM, đ m b o yêu c u v tính tr c giao c a các sóng mang ự ủ ế ệ ề ả ả ầ

ph . Đ th c hi n k thu t này, trong quá trình x lý tín hi u, tín hi u OFDM ể ự ụ ử ệ ệ ệ ậ ỹ

đ i có chu kỳ và ph n l p l i phía tr OFDM đ c l p l ượ ặ ạ ầ ặ ạ ở ướ c m i ký t ỗ ự ượ ử c s

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

phát k nhau.V y sau khi d ng nh là m t kho ng th i gian b o v gi a các ký t ờ ụ ệ ữ ư ả ả ộ ự ề ậ

(T chèn thêm kho ng b o v , th i gian truy n m t ký t ệ ề ả ả ộ ờ ự ờ s) lúc này bao g m th i ồ

gian kho ng b o v (T ả ệ g) và th i gian truy n thông tin có ích (cũng chính là kho ng ề ả ả ờ

th i gian b IFFT/FFT phát đi m t ký t ) ự ộ ờ ộ

(2.22) Ta có : Ts = Tg + TFFT

kí t i-1 kí t i kí t i+1 ự ự ự

Ts

Hình 2.7: Ti n t

l p (CP) trong OFDM.

ề ố ặ

-=

n

n

+

Ký t OFDM lúc này có d ng: ự ạ

+ Nnx (

)

,

,...1

1,

=

nxT )(

n =

nx )(

n

,...1,0

,

N

1

- - (cid:236) (cid:237) (2.23) - (cid:238)

ấ ử ụ Chi u dài c a d i b o v b h n ch nh m đ m b o hi u su t s d ng ế ủ ả ả ệ ị ạ ệ ề ả ả ằ

d i t n. Tuy nhiên, nó ph i b ng ho c l n h n giá tr tr i tr ằ ả ầ ặ ớ ị ả ả ơ ễ ự c c đ i (the ạ

maximum delay spread) nh m duy trì tính tr c giao gi a các sóng mang nhánh và ữ ự ằ

lo i b đ c các xuyên nhi u ISI, ICI. đây, giá tr tr i tr c c đ i là m t thông ạ ỏ ượ ễ Ở ị ả ễ ự ạ ộ

ng c a hi n t s xu t hi n khi tín hi u truy n trong không gian ch u nh h ề ố ị ả ệ ệ ấ ưở ệ ượ ng ủ

đa đ ng (multipath effect) - t c là tín hi u thu đ i b thu không ch đ n t c t ườ ứ ệ ượ ạ ộ ỉ ế ừ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

đ ng tr c ti p mà còn đ n t các đ ng ph n x khác nhau, và các tín hi u này ườ ự ế ế ừ ườ ệ ả ạ

i các th i đi m khác nhau. Giá tr tr i tr c c đ i đ đ n b thu t ộ ế ạ ị ả ễ ự ạ ượ ể ờ c xác đ nh là ị

kho ng th i gian chênh l ch l n nh t gi a th i đi m tín hi u thu qua đ ấ ữ ể ệ ệ ả ờ ờ ớ ườ ự ng tr c

c qua đ ng ph n x . N u phát m t xung RF ti p và th i đi m tín hi u thu đ ể ệ ế ờ ượ ườ ế ả ạ ộ

(xung Dirac) trong môi tr ng, t c các đáp ườ ng truy n đa đ ề ườ ạ ộ i b thu s nh n đ ẽ ậ ượ

ng xung có d ng sau ứ ạ

ng.

Hình 2.8: Đáp ng xung c a kênh truy n trong môi tr ủ

ứ

ề

ườ

ng truy n đa đ ề

ườ

ng c a hi n t ng đa Đáp ng xung h(t) c a m t kênh truy n ch u nh h ộ ị ả ủ ứ ề ưở ệ ượ ủ

m

=

d

đ ng: ườ

)( th

)

A k

( Tt k

= 1

k

- (cid:229) (2.24)

Ak là biên đ ph c c a đáp ng xung trên đ V i:ớ ộ ứ ủ ứ ườ ng truy n th k. ề ứ

Tk là th i gian tr c a đáp ng trên đ ễ ủ ứ ờ ườ ớ ố ng truy n th k so v i g c ứ ề

th i gian. ờ

m là s đ ng truy n trong môi tr ng. ố ườ ề ườ ng truy n đa đ ề ườ

Ti n t l p (CP) có kh năng lo i b nhi u ISI, nhi u ICI vì nó cho phép ề ố ặ ạ ỏ ễ ễ ả

tăng kh năng đ ng b (đ ng b ký t ộ ồ ả ồ ộ ự ồ ệ ố , đ ng b t n s sóng mang) trong h th ng ộ ầ ố

OFDM.

2.5.6. . ng kênh c l Ướ ượ

2.5.6.1. Khái ni m.ệ

ng kênh (Channel estimation) trong h th ng OFDM là xác đ nh c l Ướ ượ ệ ố ị

hàm truy n đ t c a các kênh con và th i gian đ th c hi n gi ể ự ạ ủ ệ ề ờ ả i đi u ch bên thu ế ề

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

khi bên phát s d ng ki u đi u ch k t h p (coherent modulation). Đ ế ế ợ ử ụ ể ướ ượ c l ng ề ể

kênh, ph ng pháp ph bi n hi n nay là dùng tín hi u d n đ ng (PSAM-Pilot ươ ổ ế ệ ệ ẫ ườ

signal assisted Modulation). Trong ph ươ ng pháp này, tín hi u pilot bên phát s ệ ử

c bên thu bi t tr d ng là tín hi u đã đ ụ ệ ượ ế ướ ề c v pha và biên đ . T i bên thu, so sánh ộ ạ

c v i tín hi u pilot nguyên th y s cho bi t nh h tín hi u thu đ ệ ượ ủ ẽ ệ ớ ế ả ưở ng c a các ủ

kênh truy n d n đ n tín hi u phát. ng kênh có th đ c phân tích trong ề ế ệ ẫ c l Ướ ượ ể ượ

mi n th i gian và trong mi n t n s . Trong mi n th i gian thì các đáp ng xung ề ầ ố ứ ề ề ờ ờ

h(n) c a các kênh con đ c l c ng. Trong mi n t n s thì các đáp ng t n s ủ ượ ướ ượ ề ầ ố ầ ố ứ

H(k) c a các kênh con đ c l c c quan tâm khi ủ ượ ướ ượ ng. Có hai v n đ chính đ ấ ề ượ

s d ng PSAM: ử ụ

*V n đ th nh t là l a ch n tín hi u pilot ự ề ứ ọ ệ ấ ấ ầ : ph i đ m b o yêu c u ả ả ả

ch ng nhi u, h n ch t n hao v năng l ế ổ ề ễ ạ ố ượ ệ ng và băng thông khi s d ng tín hi u ử ụ

c th c hi n trên này. V i h th ng OFDM, vi c l a ch n tín hi u pilot có th đ ệ ự ớ ệ ố ể ượ ệ ọ ự ệ

gi n đ th i gian-t n s , vì v y OFDM cho kh năng l a ch n cao h n so v i h ầ ố ồ ờ ớ ệ ự ậ ả ả ọ ơ

ng r t l n đ n các ch th ng đ n sóng mang. Vi c l a ch n tín hi u pilot nh h ệ ự ệ ả ơ ố ọ ưở ấ ớ ế ỉ

tiêu h th ng. ệ ố

M u tín hi u d n đ ẫ ườ ệ ẫ ề ầ ố ẫ ng (pilot) chèn v i tín hi u có ích c mi n t n s l n ệ ả ớ

mi n th i gian. ờ ề

c Kho ng cách gi a hai m u liên ti p ph i tuân theo qui lu t l y m u ế ậ ấ ẫ ở ả ữ ả ẫ ả

mi n t n s l n mi n th i gian. ề ầ ố ẫ ề ờ

 mi n t n s thì s bi n đ i c a kênh vô tuy n ph thu c vào th i gian Ở ề ầ ố ự ế ổ ủ ụ ế ộ ờ

tr truy n d n l n nh t c a kênh. ề ẫ ớ ấ ủ ễ

D

f

1 f t

s

max

(cid:0) (2.25)

t

Df là kho ng cách t n s gi a hai m u liên ti p. ầ ố ữ ế ẫ ả

max

là th i gian trãi tr l n nh t. ễ ớ ấ ờ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

 mi n th i gian thì s bi n đ i c a hàm truy n ph thu c vào t n s ổ ủ Ở ề ự ế ầ ố ụ ề ờ ộ

Doppler.

D t

+

2

f

)

1 T ( S

D

max

T G

(cid:0) (2.26)

: t n s Doppler l n nh t. fDmax ầ ố ấ ớ

TS : chu kì có ích c a tín hi u OFDM. ủ ệ

TG : đ dài c a kho ng b o v . ệ ủ ả ả ộ

M u tín hi u có ích. ệ ẫ

M u tín hi u d n đ ng. ệ ẫ ườ ẫ

Hình 2.9: Tín hi u Pilot trong mi n th i gian và t n s . ầ ố

ờ

ề

ệ

Hình 2.10: Tín hi u pilot trong mi n t n s

ề ầ ố.

ệ

*V n đ th hai là vi c thi t k b c l ng kênh : ph i gi m đ ề ứ ệ ấ ế ế ộ ướ ượ ả ả ượ c

c đ chính xác yêu c u. Yêu đ ph c t p c a thi ứ ạ ủ ộ ế ị t b trong khi v n đ m b o đ ẫ ả ả ượ ầ ộ

c u v t c đ thông tin cao (t c là th i gian x lý gi m) và các ch tiêu h th ng là ầ ề ố ộ ệ ố ứ ử ả ờ ỉ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

hai yêu c u ng ng kênh tuy n tính t i u (theo ầ ượ c nhau. Ch ng h n, b ẳ c l ộ ướ ượ ạ ế ố ư

nguyên lý bình ph ng l ươ ỗ i nh nh t-MMSE) là b l c Wiener hai chi u (2D- ộ ọ ề ấ ỏ

Wiener filter) có ch tiêu k thu t r t cao nh ng cũng r t ph c t p. Vì v y, khi ứ ạ ậ ấ ư ậ ấ ỹ ỉ

thi t k c n ph i dung hòa hai yêu c u trên. ế ế ầ ầ ả

2.5.6.2. c l Ướ ượ ề ầ ố ng kênh trong mi n t n s .

Trong mi n t n s , c l ng kênh đ ề ầ ố ướ ượ ượ c th c hi n nh sau: M t ký t ư ự ệ ộ ự

OFDM đã đ c v pha và biên đ (g i là ký t ượ c xác đ nh tr ị ướ ề ộ ọ ự ấ hu n luy n-training ệ

symbol) đ c phát đi. T i b c l ng kênh, thu ký t này t i hai th i đi m liên ượ ạ ộ ướ ượ ự ạ ể ờ

ti p nhau và so sánh v i ký t ban đ u đ xác đ nh đáp ng t n s H(k) c a các ế ớ ự ầ ố ủ ứ ể ầ ị

kênh con. Ch ng h n, t i b c l ng kênh, kênh con th k, thu đ c hai ký t ạ ẳ ạ ộ ướ ượ ở ứ ượ ự

hu n luy n đ c phát là X(k), ta có bi u th c : là R1(k) và R2(k) v i ký t ớ ự ấ ệ ượ ứ ể

(2.27) R1(k) = H(k)X(k) + W1(k)

(2.28) R2(k) = H(k)X(k) + W2(k)

X(k) : ký t ph c hu n luy n phát trên kênh con th k . ự ứ ứ ệ ấ

H(k) : đáp ng t n s c a kênh con th k . ầ ố ủ ứ ứ

W1(k), W2(k) : các m u nhi u Gaussian tr ng c ng tác đ ng vào kênh con ễ ắ ẫ ộ ộ

th k t i hai th i đi m liên ti p kh o sát. ứ ạ ể ế ả ờ

T (2.27) và (2.28), b c l ộ ướ ượ ừ ng kênh s xác đ nh: ẽ ị

*

=

+

kH )(

(

kXkR )) )(

(

kR )( 1

2

1 2

*

=

+

+

(

kXkH )(

)(W)(

kXkHk

)(

kXk )(

))

1

+ (W)( 2

1 2

2

*

=

+

+

kXkH )( )(

k

kXk )(

))

(W)(W( 2

1

1 2

*

=

+

+

kH )(

k

kXk )(

))

(cid:217)

(W)(W( 2

1

1 2

(2.29)

(L u ý r ng c ch n b ng 1) ằ : biên đ c a các X(k) đ ộ ủ ư ượ ằ ọ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

1(k),

T công th c (2.29), n u bi c ký t phát X(k), các m u nhi u W ứ ừ ế t tr ế ướ ự ễ ẫ

c đáp ng t n s c a kênh con th k. W2(k), ta có th xác đ nh đ ể ị ượ ầ ố ủ ứ ứ

2.5.6.3. . ng kênh trong mi n th i gian c l Ướ ượ ờ ề

ng kênh th c hi n trong mi n th i gian s giúp xác đ nh đ c đáp c l Ướ ượ ự ệ ề ẽ ờ ị ượ

ng xung c a t ng kênh con. Cũng t ng t nh ứ ủ ừ ươ ự c l ư ướ ượ ề ầ ng kênh trong mi n t n

hu n luy n đã bi c và t k t qu so s , ng ố ườ i ta cũng s d ng các ký t ử ụ ự ệ ấ t tr ế ướ ừ ế ả

sánh gi a các ký t thu đ c l c t ữ ự i b ượ ạ ộ ướ ượ ữ ng, các đáp ng xung h(n) c a nh ng ứ ủ

kênh con đ c l c ng. Các bi u th c xác đ nh m i quan h gi a hai ký t thu ượ ướ ượ ệ ữ ứ ể ố ị ự

đ i hai th i đi m liên ti p nhau và ký t hu n luy n phát đi là : c t ượ ạ ể ế ờ ự ấ ệ

(2.30) r1(n) = h(n)* x(n) + w1(n)

(2.31) r2(n) = h(n)* x(n) + w2(n)

Trong hai công th c (2.30), (2.31) ta th y đ u xu t hi n t ng ch p trong ệ ổ ứ ề ấ ấ ậ

mi n th i gian. G i L là chi u dài đáp ng xung l n nh t mà có th ể ướ ượ c l ng ứ ề ề ấ ờ ọ ớ

trên các kênh con, L nh h n r t nhi u so v i chi u dài N c a tín hi u vào x(n), tín ỏ ơ ấ ủ ề ề ệ ớ

1·N

ứ hi u ra y(n). Theo công th c tính t ng ch p và công th c (2.23), suy ra đáp ng ứ ứ ệ ậ ổ

LN ·

xung c a các kênh con có d ng là m t ma tr n ( ), và các m u tín hi u x(n) ủ ạ ậ ộ ệ ẫ

+

đ ch c thành ma tr n ch nh t ( c t ) có d ng nh sau : ượ ổ ứ ữ ậ ậ ư ạ

x

)0(

Nx (

)1

...

LNx (

)1

+

x

)1(

x

)0(

....

LNx (

)2

=

X

1

)

Nx ( ( Nx

)2 )1

Nx ( ( Nx

)3 )2

Nx ( ( LNx

L )

- - ø Ø œ Œ - œ Œ œ Œ (2.32) œ Œ - - - - œ Œ - - - ß º

Và d ng c a ma tr n h là : ủ ạ ậ

h

)1(

=

h

h )2( h )3( 

Lh (

)1

ø Ø œ Œ œ Œ œ Œ (2.33) œ Œ œ Œ - œ Œ ß º

Các công th c (2.30), (2.31) đ c vi i ứ ượ ế ạ : t l

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

(2.34) r1(n) = Xh + w1(n)

(2.35) r2(n) = Xh + w2(n)

T (2.34) và (2.35), b ng s xác đ nh: c l ộ ướ ượ ừ ẽ ị

1

=

+

nh )(

X

(

))

nr )( 1

nr ( 2

1 2

+

+

=

+

Xh

))

X (1

- Xh

nw )( 1

nw ( 2

1 2

(cid:217) -

1

=

+

X

Xh

X

(1

+ nwnw

)(

(

))

1

2

1 2

- -

+= h

X

(1

+ nwnw

)(

(

))

2

1

1 2

- (2.36)

T công th ừ ức (2.36), n u xác đ nh tr ế ị ướ ễ ộ c ma tr n X và các m u nhi u c ng ẫ ậ

c đáp ng xung h(n) c a các kênh con. w1(n), w2(n) thì có th xác đ nh đ ể ị ượ ủ ứ

Chú ý:

+ N u s d ng phép đi u ch vi sai k t h p FFT thì không c n ế ử ụ ế ợ ầ ướ ượ c l ng ề ế

kênh.

+ Ngoài các k thu t c b n c n ph i có ậ ơ ả ả ầ ỹ ở trên trong h th ng OFDM thì ệ ố

ng h n n a ng đ nâng cao ch t l ể ấ ượ ữ ơ ườ i ta còn th c hi n đ ng b trong OFDM; ồ ự ệ ộ

gi m PAPR (t s công su t đ nh trung bình) l n. ấ ỉ ỉ ố ả ớ

2.6. So sánh đ ph c t p gi a k thu t OFDM v i đi u ch đ n sóng mang. ậ ộ ứ ạ ớ ề ữ ỹ ế ơ

M t trong nh ng lý do chính đ s d ng OFDM là kh năng gi ể ử ụ ữ ả ộ ả ế ấ i quy t v n

đ delay spread v i m t đ ph c t p h p lý. Trong h th ng đ n sóng mang ề ộ ộ ệ ố ứ ạ ớ ợ ơ

(single carrier), đ ph c t p c a h th ng đ ệ ố ứ ạ ủ ộ ượ ằ c quy t đ nh b i b cân b ng ở ộ ế ị

(equalizer), h th ng ph i l p đ t các b cân b ng khi delay spread l n h n 10% ộ ệ ố ả ắ ặ ằ ớ ơ

ứ chu kỳ symbol. OFDM không đòi h i ph i có b cân b ng. Thay vào đó, đ ph c ả ằ ỏ ộ ộ

t p c a m t h th ng OFDM b chi ph i b i b bi n đ i FFT dùng đ gi ạ ủ ố ở ộ ế ộ ệ ố ể ả ổ ị ề i đi u

ch các subcarrier. Các ví d sau đây s ch ng t đ ph c t p c a modem OFDM ẽ ứ ụ ế ỏ ộ ứ ạ ủ

ít h n đáng k so v i modem dùng trong h th ng đ n sóng mang trong tr ệ ố ể ớ ơ ơ ườ ng

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

ng delay spread nh nhau. Chú ý r ng, m t s h p c hai cùng gi ợ ả ả i quy t m t l ế ộ ượ ộ ố ư ằ

bài báo đ c p đ n vi c s d ng 1 b single-tap equalizer đ s a pha trong tr ộ ệ ử ụ ề ậ ể ử ế ườ ng

ở h p s d ng b thu OFDM k t h p. Chúng ta s không s d ng thu t ng này b i ợ ử ụ ế ợ ử ụ ữ ẽ ậ ộ

vì thu t ng “equalization” có ý mu n nói đ n m t n l c đ c th c hi n đ ộ ỗ ự ữ ế ậ ố ượ ự ệ ể

ngh ch đ o (invert) kênh truy n (tìm ra m t b l c ngh ch đ o, invert filter, đ bù ộ ộ ọ ể ề ả ả ị ị

cho hi n t ng ISI, m c đích làm cho các tín hi u đa đ ng, multipath signal, b ệ ượ ụ ệ ườ ị

ự d ch đi và đ n đúng th i đi m, thay vì b tr i ra). Trong khi đó, b thu OFDM th c ị ả ị ế ể ờ ộ

hi n ng c khu ch đ i thêm đ cân ệ c l ượ ạ i, các subcarrier b suy y u không đ ị ế ượ ế ể ạ

ơ b ng kênh truy n nh ng thay vào đó các subcarrier đó s mang ít thông tin h n. ằ ư ề ẽ

Theo cách này, OFDM s tránh đ c v n đ th ng m c ph i trong k thu t cân ẽ ượ ấ ề ườ ắ ả ậ ỹ

b ng tuy n tính là nhi u tăng lên. ằ ế ễ

Rõ ràng OFDM h p d n h n so v i h th ng đ n sóng mang v i b cân ớ ệ ố ớ ộ ẫ ấ ơ ơ

b ng cho các tích s d i thông-delay spread l n. Nên chú ý r ng, s khác bi ằ ố ả ự ằ ớ ệ ề t v

m c đ ph c t p gi a FFT và b cân b ng s gi m n u vi c cân b ng đ ứ ộ ứ ạ ẽ ả ữ ế ệ ằ ằ ộ ượ ự c th c

hi n trong mi n t n s . Trong tr ề ầ ệ ố ườ ơ ng h p này, vi c cân b ng s ph c t p h n ứ ạ ệ ẽ ằ ợ

g p 2 l n vì c hai FFT và IFFT ph i th c hi n vi c cân b ng trong mi n t n s ự ấ ề ầ ố ệ ệ ả ằ ầ ả

cho m t kh i tín hi u. M t l i ích khác v m c đ ph c t p c a OFDM là FFT ộ ợ ệ ộ ố ề ứ ộ ứ ạ ủ

không th t s đòi h i các phép nhân đ y đ (full multication), nh ng thay vào đó là ầ ủ ậ ự ư ỏ

các phép xoay pha. Đi u này có th th c hi n m t cách hi u qu b i thu t toán ể ự ả ở ề ệ ệ ậ ộ

CORDIC. B i vì s xoay pha không làm thay đ i biên đ , t c chúng không làm ộ ứ ự ở ổ

thay đ i d i đ ng c a tín hi u, do đó làm đ n gi n hóa vi c thi t k đi m làm ổ ả ộ ủ ệ ệ ả ơ ế ế ể

vi c. ệ

Ngoài v n đ v m c đ ph c t p, OFDM còn có m t l ề ề ứ ộ ứ ạ ộ ợ ấ ớ i ích khác so v i

ấ h th ng đ n sóng mang v i b cân b ng. Đ i v i h th ng đ n sóng mang, ch t ệ ố ố ớ ệ ố ớ ộ ằ ơ ơ

ng h th ng s gi m m t cách nhanh chóng n u delay spread v t quá kh l ượ ẽ ả ệ ố ế ộ ượ ả

năng cho phép c a b cân b ng. B i vì vi c truy n d n b l i, xác su t l i bit thô ủ ộ ị ỗ ệ ề ẫ ằ ở ấ ỗ

ng pháp mã hóa t l (ch a x lý) tăng nhanh đ n n i vi c áp d ng các ph ế ư ử ụ ệ ổ ươ ỉ ệ ấ th p

c chòm sao th p h n không c i thi n đáng k ch t l ng h h n ho c kích th ặ ơ ướ ấ ượ ệ ể ấ ả ơ ệ

ệ th ng. Tuy nhiên, đ i v i OFDM, không có hi u ng phi tuy n x y ra khi vi c ố ớ ệ ứ ế ả ố

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

L I NÓI Đ U. Ờ Ầ

truy n d n b l i. Do đó, các ph ng pháp mã hóa và các chòm sao có kích th ị ỗ ề ẫ ươ ướ c

th p h n có th đ ể ượ ử ụ c s d ng đ c i thi n ch t l ể ả ấ ượ ệ ấ ơ ộ ấ ng h th ng. Đây là m t v n ệ ố

đ quan tr ng b i vì nó giúp tăng di n tích ho t đ ng c a h th ng (coverage- ề ạ ộ ệ ố ủ ệ ọ ở

area) và tránh đ c các tình hu ng các user trong các v trí x u (bad spot) không th ượ ấ ố ị ể

k t n i. ế ố

2.7. K t lu n ch ng. ế ậ ươ

K thu t OFDM h n ch nhi u, ti t ki m băng thông trong truy n thông di ế ễ ạ ậ ỹ ế ệ ề

c kh c ph c nh đã trình bày đ ng. M c dù có vài khuy ch đi m nh ng đã đ ộ ư ế ể ặ ượ ư ụ ắ ở

trên. Nên công ngh này đ c áp d ng r ng rãi trong các h th ng nh Wimax, ệ ượ ệ ố ư ụ ộ

ế ệ Vowifi, trong các tiêu chu n IEEE. K thu t này s là c s cho các th h di ơ ở ẽ ậ ẩ ỹ

và các th h khác n a trong t ng lai. đ ng th 3, th t ứ ộ ứ ư ế ệ ữ ươ

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Ch ng 3 ươ

K THU T MIMO. Ậ Ỹ

3.1. Gi ớ i thi u. ệ

K thu t MIMO là k thu t s d ng nhi u anten phát và nhi u anten thu. ậ ử ụ ề ề ậ ỹ ỹ

Anten phát Anten thu

H ij

* * * B ộ chuy n ể đ i MIMO ổ i B gi ộ ả chuy n ể đ i MIMO ổ d li u ữ ệ ra d li u ữ ệ vào

Hij là h s đ c tính kênh truy n, truy n t ệ ố ặ ề ừ ề anten j đ n anten i. ế

Hình 3.1: Mô hình m t h th ng MIMO tiêu bi u. ộ ệ ố

ể

ng g p: phân t p theo không gian, phân t p theo Các k thu t MIMO th ậ ỹ ườ ậ ậ ặ

th i gian, phân t p theo t n s , mã hóa kh i không gian_th i gian, mã hoá l ầ ậ ờ ố ố ờ ướ i

không gian_th i gian, ghép kênh không gian. ờ

3.1.1. u đi m c a k thu t MIMO. ủ ỹ Ư ể ậ

Tăng đ l i m ng, làm tăng t s tín hi u trên nhi u, t đó làm tăng ộ ợ ễ ừ ỉ ố ệ ả

kho ng cách truy n d n mà không c n tăng công su t phát. ề ẫ ấ ầ ả

Tăng đ l i phân t p: làm gi m hi n t ng fading thông qua vi c s ộ ợ ệ ượ ả ậ ệ ử

d ng h th ng anten phân t p, nâng cao ch t l ụ ệ ố ấ ượ ậ ng h th ng. ệ ố

Tăng hi u qu ph : b ng cách s d ng ghép kênh không gian. ổ ằ ử ụ ệ ả

Tăng dung l ng kênh mà không c n tăng công su t phát và băng thông. ượ ầ ấ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

3.1.2. Khuy t đi m c a h th ng MIMO. ủ ệ ố ể ế

Tăng đ ph c t p trong x lí tín hi u phát và thu. ộ ứ ạ ử ệ

Kích th c c a thi t b di đ ng tăng lên. ướ ủ ế ị ộ

Nhi u đ ng kênh: do s d ng nhi u anten truy n d li u v i cùng m t ộ ề ề ữ ệ ớ ử ụ ễ ồ

băng t n.ầ

Nhi u liên kênh: do nhi u ng i dùng s d ng cùng h th ng MIMO. ễ ề ườ ệ ố ử ụ

3.2. Dung l ượ ng kênh truy n c a h th ng MIMO. ề ủ ệ ố

Xét dung l ng kênh MIMO có Fading Rayleigh ch m trong tr ượ ậ ườ ế ng h p k t ợ

n

T

h p c phân t p thu và phát nh Hình (3.1): ợ ả ư ậ

>

+

c

C

W

log

1

(

)

2

2 2

i

‡ nR

2

P s

=

= (ni

)1

T

Rn

Tn

Tn

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:229) Gi i h n d i: , nT ớ ạ ướ (cid:247) (cid:231) ł Ł

<

+

c

C

W

log

1

(

)

nR

2

2 n 2

i

R

2

P s

n

= 1i

T

2

n

n

R

R

2

c

=

=

z

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) ‡ (cid:229) Gi i h n trên : , nT ớ ạ (cid:247) (cid:231) ł Ł

R, nT l nầ

2 i

2 2 n

h i

R

= 1

i

= 1

i

(cid:229) (cid:229) , P là công su t phát, W là băng thông, n V i ớ ấ

i là h s c a ma tr n truy n H.

t là s anten thu, phát, h l ượ ố ệ ố ủ ề ậ

Ta th y r ng, dung l ng h th ng MIMO đ ấ ằ ượ ệ ố ượ ả ớ c c i thi n đáng k so v i ể ệ

=

+

C

1(Wlog

)

tr ng h p ch có m t c p anten thu phát truy n th ng ườ ộ ặ ề ợ ố ỉ

2

P 2

s

(3.1)

3.3. S l c phân t p. ơ ượ ậ

ử ụ Phân t p là k thu t c i thi n đ tin c y c a tín hi u b ng cách s d ng ậ ủ ậ ả ệ ệ ằ ậ ộ ỹ

hai hay nhi u kênh thông tin liên l c v i các tính ch t khác nhau. Phân t p có vai ề ậ ạ ấ ớ

trò quan tr ng trong ch ng fading, nhi u đ ng kênh, l ễ ọ ố ồ ỗ ậ i chùm. K thu t phân t p ậ ỹ

t trong truy n đa đ có th s d ng t ể ử ụ ố ề ườ ng, cho k t qu đ l ế ả ộ ợ i phân t p. Đ l ậ ộ ợ i

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

phân t p là s tăng c a t s tín hi u trên nhi u khi có phân t p ho c có th tính là ủ ỉ ố ự ể ễ ệ ậ ặ ậ

s rút g n c a công su t phát khi có phân t p. ấ ự ọ ủ ậ

3.3.1. Phân t p th i gian. ậ ờ

Là s truy n cùng m t tín hi u ệ ở ự ề ộ hai th i đi m khác nhau. ể ờ

T: chu kì truy n tín hi u. ề ệ

(cid:0) nT là th i đi m truy n tín hi u; n N. ệ ể ề ờ

Ta có:

x% (nT) là tín hi u truy n, nh n, tham s kênh ề

G i x(nT), y(nT), h(nT), ọ ệ ậ ố

truy n, tín hi u c l ng c a tín hi u truy n. ệ ướ ượ ề ủ ệ ề

Tín hi u truy n đi: ệ ề

(3.2) x(n1T) = x(n2T)

Tín hi u nh n đ c: ậ ượ ệ

(3.3) y(n1T) = h(n1T)*(n1T) + b(n1T)

(3.4) y(n2T) = h(n2T)*(n2T) + b(n2T)

x% (n1T) = y(n1T)h(n1T)* + y(n2T)h(n2T)*

Tín hi u c l ng thu đ c: ệ ướ ượ ượ

2

*

*

=

+

+

+

)

(

)

2 ) )

)

)

= [h(n1T)(n1T) + b(n1T)] h(n1T)* + [h(n2T)(n2T) + b(n2T)]h(n2T)*]

% x n T ( 1

x n T h n T ( )( 1

1

h n T ( 2

b n T h n T ( ) ( 1

1

b n T h n T ( ) ( 2

2

(3.5)

Nh n xét: ậ

- Đ l i phân t p tăng lên. ộ ợ ậ

- Tác đ ng c a kênh truy n lên tín hi u đ c c i thi n. ệ ượ ả ủ ệ ề ộ

- Tuy nhiên, phân t p th i gian làm gi m t c đ d li u. ố ộ ữ ệ ả ậ ờ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

3.3.2. Phân t p t n s . ậ ầ ố

Đây là k thu t s d ng nhi u t n s khác nhau đ cùng phát m t tin. Các ề ầ ố ậ ử ụ ể ộ ỹ

s đ c l p nh h t n s c n dùng ph i có kho ng cách đ l n đ gi ầ ố ầ ủ ớ ể ữ ự ộ ậ ả ả ả ưở ủ ng c a

fading v i các t n s còn l i. Kho ng t n s ầ ố ớ ạ ầ ố ở ứ ế ợ m c vài l n băng thông k t h p ầ ả

ẽ ộ ậ kênh s đ m b o đ c tính th ng kê fading c a các t n s khác nhau s đ c l p ầ ố ẽ ả ủ ặ ả ố

nhau. Trong thông tin di đ ng, các b n sao c a tín hi u phát đ i máy thu ủ ệ ả ộ c đ a t ượ ư ớ

ở ạ ỗ d ng d th a trong mi n t n s đ t o ra tr i ph gi ng nh tr i ph chu i ề ầ ố ể ạ ư ừ ổ ố ư ả ả ổ

tr c ti p, đi u ch đa sóng mang, nh y t n. K thu t tr i ph có tác d ng khi ả ầ ự ụ ế ề ế ậ ả ổ ỹ

ớ băng thông k t h p c a kênh nh . Tuy nhiên khi băng thông k t h p c a kênh l n ế ợ ủ ế ợ ủ ỏ

ng s nh h n chu kỳ symbol. Trong h n băng thông tr i ph , thì tr i tr đa đ ơ ả ễ ả ổ ườ ỏ ơ ẽ

tr ng t ườ ng h p này, tr i ph s không hi u qu đ t o ra phân t p t n s . T ệ ậ ầ ố ươ ả ể ạ ổ ẽ ả ợ ự

nh phân t p th i gian, phân t p t n s gây ra t n th t hi u qu băng t n do s ậ ầ ố ư ệ ấ ầ ả ậ ờ ổ ự

d th a trong mi n t n s . ề ầ ố ư ừ

3.3.3. Phân t p không gian. ậ

Phân t p không gian là k thu t s d ng nhi u anten hay các m ng anten ậ ử ụ ề ả ậ ỹ

đ ượ ắ ộ ậ c s p x p v i các kho ng cách phù h p đ tín hi u trên các anten đ c l p. ợ ệ ế ể ả ớ

Kho ng cách yêu c u thay đ i tùy theo đ cao anten, môi tr ổ ả ầ ộ ườ ầ ố ng truy n và t n s . ề

Kho ng cách đi n hình kho ng vài b c sóng. ể ả ả ướ

ầ Phân t p không gian không gây t n th t trong s d ng hi u qu băng t n ử ụ ệ ấ ả ậ ổ

(nT)

Y 2

H

(nT)

11

Y 1

x(nT)

nh phân t p th i gian. ậ ư ờ

combination

x(nT)

H

12

Tín hi u ệ vào

x’(nT)

(nT)

Hình 3.2: Mô hình phân t p không gian.

ậ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Phân t p không gian còn đ c g i là phân t p anten. ậ ượ ọ ậ

Phân t p không gian g m có: ậ ồ

Phân t p phân c c ự ậ

Trong phân t p phân c c, tín hi u phân c c đ ng và phân c c ngang đ ự ứ ự ự ệ ậ ượ c

phát b ng hai anten phân c c khác nhau và cũng thu b ng 2 anten phân c c khác ự ự ằ ằ

nhau. Đi u đó đ m b o t o ra 2 tín hi u không t ả ạ ệ ề ả ươ ặ ng quan mà v n không c n đ t ẫ ầ

hai anten cách xa nhau.

Phân t p anten phát ậ

Trong phân t p phát, nhi u anten đ c tri n khai v trí máy phát. Tin ề ậ ựơ ể ở ị

đ máy phát và sau đó đ c truy n chéo qua các anten. c x lí ượ ử ở ượ ề

Phân t p anten thu ậ

Trong phân t p thu, nhi u anten đ máy thu đ thu các b n sao ề ậ c s d ng ượ ử ụ ở ể ả

c k t h p đ tăng đ c l p c a tín hi u phát. Các b n sao c a tín hi u phát đ ộ ậ ủ ủ ệ ệ ả ượ ế ợ ể

SNR và gi m fading nhi u đ ng. ề ườ ả

3.3.4. Các ph ươ ng pháp k t h p phân t p. ế ợ ậ

3.3.4.1. B t h p theo ki u quét và l a ch n (SC). ộ ổ ợ ự ọ ể

a) B t h p l a ch n. ộ ổ ợ ự ọ

Trong b t h p l a ch n, t anten, nhánh có t s ộ ổ ợ ự ọ ừ ộ ậ m t t p h p M ph n t ợ ầ ử ỉ ố

c ch n ra và k t n i tr c ti p v i máy thu. tín hi u trên nhi u SNR l n nh t đ ễ ấ ượ ệ ớ ế ố ự ế ớ ọ

Nh v y s anten càng l n ho c s ph n t càng l n c a anten m ng thì kh năng ư ậ ố ặ ố ầ ử ớ ớ ủ ả ả

có đ tín hi u trên nhi u càng l n. Trong th c t , tín hi u có năng l c t l ượ ỉ ệ ự ế ễ ệ ớ ệ ượ ng

c ch n. Vì th t i đ u ra, d li u s thu đ (tín hi u + nhi u) l n nh t s đ ễ ấ ẽ ượ ệ ớ ế ạ ầ ữ ệ ẽ ọ ượ c

có ch t l ng t ấ ượ ố t nh t. ấ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Hình 3.3: Mô hình b t

ộ ổ ợ

h p ki u l a ch n. ể ự

ọ

b)B t ộ ổ ợ h p ki u quét ể

Trong b t h p ki u quét, m t b quét s quét t t c các nhánh nh n đ ộ ổ ợ ộ ộ ẽ ể ấ ả ậ ượ c

anten nh n và l a ch n nhánh có t s SNR l n h n m t ng ng đã đ c cho t ừ ỉ ố ự ậ ọ ơ ộ ớ ưỡ ượ

tr c. Đ n khi nào nhánh ra này có SNR nh h n m c ng ng thì b quét s quét ướ ỏ ơ ứ ế ưỡ ẽ ộ

t c các nhánh đ ch n ra nhánh có SNR l n h n m c ng i t ng đã cho. l ạ ấ ả ớ ơ ể ọ ứ ưỡ

Hình 3.4: B t

ộ ổ ợ

h p ki u quét. ể

h p cùng đ l 3.3.4.2. Bộ t ổ ợ ộ ợi (EGC).

Là k thu t chuy n đ i t t c các giá tr đ l ổ ấ ả ị ộ ợ ủ ằ i c a các nhánh đ u b ng ể ề ậ ỹ

ệ nhau và không thay đ i trong quá trình ho t đ ng. Đ u ra là t ng c a các tín hi u ạ ộ ủ ầ ổ ổ

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

t c các nhánh. Là m t tr ng pháp t h p v i t đ ng pha c a t ồ ủ ấ ả ộ ườ ng h p c a ph ợ ủ ươ ổ ợ ớ ỉ

i đa. s t ố ố

3.3.4.3. B t h p v i t s t i đa (MRC). ộ ổ ợ ớ ỉ ố ố

Ph ng pháp t t nh t kh năng c a các nhánh ươ h p t s t ổ ợ ỉ ố ố i đa t n d ng t ậ ụ ố ủ ấ ả

phân t p trong h th ng. T t c M nhánh đ ệ ố ấ ả ậ ượ ệ c nhân tr ng s v i các t s tín hi u ố ớ ỉ ố ọ

ng ng. Sau đó tín hi u t các nhánh đ c đ ng pha tr t c th i trên nhi u t ứ ễ ươ ờ ệ ừ ứ ượ ồ ướ c

khi l y t ng tín hi u sao cho t t c các nhánh đ c g p vào nhau theo pha sao cho ấ ổ ệ ấ ả ượ ộ

tín hi u đ u ra có tăng ích phân t p l n nh t. Tín hi u t ng chính là tín hi u ra thu ệ ổ ậ ớ ệ ệ ấ ầ

đ c.ượ

Ph ng pháp t i đa có nhi u u đi m so v i ph ng pháp ươ h p t s t ổ ợ ỉ ố ố ề ư ể ớ ươ

phân t p l a ch n nh ng ph c t p h n; do ph i đ m b o tín hi u t các nhánh là ậ ự ả ả ứ ạ ệ ừ ư ả ọ ơ

hoàn toàn đ ng pha v i nhau và các tr ng s ph i đ c c p nh t chính xác. ả ượ ậ ậ ồ ớ ố ọ

Hình 3.5: Ph

ng pháp k t h p t s c c đ i.

ươ

ế ợ ỉ ố ự ạ

a

i

là tín hi u ngõ vào nhánh i, tín hi u ngõ ra cu i cùng G i rọ i, r, ệ ệ ố ở ộ ậ b nh n

rn

=

a

r

tín hi u, h s đ i tr ng c a tín hi u vào nhánh i. ệ ố ố ọ ủ ệ ệ

. i r i

= 1

i

(cid:229) (3.2)

f

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

i và

i).

i

a

là pha c a tín hi u nhánh i (r G i Aọ ủ ệ

i

là: Lúc đó giá tr ị

f ij

a

=

i

eA i

- (3.3)

rn

2

=

r

Suy ra, giá tr c a r là: ị ủ

iA

= 1

i

(cid:229) (3.3)

Trong k t h p t s c c đ i các nhánh đ c l y tr ng s ế ợ ỉ ố ự ạ (MRC), tín hi u ệ ở ượ ấ ọ ố

và k t h p sao cho đ t đ ế ợ ạ ượ ậ ế c CNR t c th i cao nh t có th v i các k thu t k t ể ớ ứ ấ ờ ỹ

h p tuy n tính. ế ợ

* Minh ho tr ạ ườ ng h p đ n gi ợ ơ ản

“Qui t c MRC cho 1 anten phát và 2 anten thu” ắ

c 0 T x

R x h 1 h 2

n 1 n 2 r 1 r 2

ng ng c l ướ ượ kênh c l ướ ượ kênh

0c%

h 1 h 2

B tách ộ ML

Hình 3.6: Ph

ng pháp t s c c đ i v i 1Tx và 2Rx.

ươ

ỉ ố ự ạ ớ

Trong tr ng h p t i máy thu s là: ườ ợ ổ ợ ỉ ố ự ạ h p t s c c đ i nh hình trên, các tín hi u t ư ệ ạ ẽ

(3.4) r1 = h1 . c0 + n1

(3.5) r2 = h2 . c0 + n2

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

a+

+

+

a (

h p s là: Tín hi u thu t ệ ổ ợ ẽ

*. r1 + h2

* . r2 =

0c% = h1

2 1

2 2

)c 0

* h n 1 1

* h n 2 2

(3.6)

B tách h p l i u (ML) quy t đ nh b ng thu t toán sau: t ợ ệ ố ư ế ị ằ ậ ộ

a

)

Gi s : ả ử

q exp(j 1

1

a

q exp(j

)

(3.7) h1 =

2

2

(3.8) h2 =

2

2 +

B ML s c c ti u ma tr n quy t đ nh: ẽ ự ể ế ị ậ ộ

r 1

h c 1 0

r 2

h c 2 0

- - (3.9)

Tri n khai bi u th c trên và lo i b các thành ph n đ c l p v i các t ạ ỏ ộ ậ ứ ể ể ầ ớ ừ ệ mã, thì vi c

+

2 +

a

i gi n trên s là: t ố ả ở ẽ

a (

1)

* h r 1 1

* h r 2 2

c 0

+ 2 1

2 2

2 c 0

2

2

*

=

- - (3.10)

d x y ( ,

)

(

x

y x )(

= - * ) y

x

y

- - (3.11) Ta đ t: ặ

i đ

0 khi và ch khi:

2

2

a

+ a

a

a

Qui t c quy t đ nh cho m i tín hi u t ắ ỗ ượ ỉ

) 1

)

,

,

)

i

k

2 1

2 2

+ 2 c i

+ 2 1

% d c c ( 0 i

2 2

% d c c ( 0 k

+ 2 c k

- (cid:0) - " (cid:0) ế ị ( h p, c ệ ổ ợ ( c ch n là c ọ ) 1 ; (3.12)

thu c chòm sao kí t mã hoá cho tr c, ví d : 16QAM. Trong đó ci , ck là 2 kí t ự ộ ự ướ ụ

Nh v y ta đã thu đ c kí t ư ậ ượ ự 0’ . ‘c

3.4. Mã hóa không gian_th i gian. ờ

Ti ng Anh là Space time Coding, vi t STC. STC là ph ế t t ế ắ ươ ả ng pháp c i

thi n đ tin c y c a tín hi u truy n trong h th ng liên l c không dây b ng cách ậ ủ ệ ố ệ ệ ề ằ ạ ộ

s d ng đa anten. Mã hoá không gian-th i gian dùng nhi u đ ử ụ ề ườ ờ ề ng truy n và nhi u ề

ề phiên b n c a tín hi u truy n, g i chúng đ n b thu v i mong mu n khi truy n ả ủ ử ế ề ệ ộ ố ớ

qua kênh không gian v t lí thì ít nh t m t trong các tín hi u thu đ c s ệ ấ ậ ộ ượ ẽ ở ạ tr ng

thái đ t t đ th c hi n gi i mã t ủ ố ể ự ệ ả ạ i máy thu v i đ tin c y cao. ớ ộ ậ

Mã hoá không gian th i gian có 2 lo i chính: ờ ạ

Mã hoá kh i không gian-th i gian.Ti ng Anh là Space Time Block Code (STBC). ế ờ ố

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Mã hoá l i không gian-th i gian. Ti ng Anh là Space Time Trellis Code(STTC). ướ ờ ế

Trong đ tài này em ch trình bày v mã hoá kh i không gian-th i gian. ề ề ố ờ ỉ

3.4.1. Mã hóa kh i không gian th i gian (Space time block Codes). ờ ố

STBC là m t k thu t đ ộ ỹ ậ ượ ử ụ c s d ng trong truy n thông không dây đ ề ể

truy n nhi u phiên b n c a dòng d li u qua nhi u anten và s d ng các phiên ữ ệ ử ụ ủ ề ề ề ả

ng tín hi u nh n. Th c t b n c a d li u nh n khác nhau đ nâng cao ch t l ả ủ ữ ệ ấ ượ ể ậ ự ế ệ ậ

thì các tín hi u truy n b thay đ i trong môi tr ệ ề ổ ị ườ ạ ng truy n nh tán x , nhi u x , ư ề ễ ạ

khúc x , và nhi u nhi i b thu, do v y ch t l t t ễ ạ ệ ạ ộ ấ ượ ậ ữ ệ ng c a vài phiên b n d li u ủ ả

t h n s còn l i. s t ẽ ố ơ ố ạ

STBC thì d li u s đ c truy n trong các kh i đã đ c mã hoá và chúng ữ ệ ẽ ượ ề ố ượ

đ c phân ph i qua các anten không gian theo th i gian. ượ ố ờ

STBC đ c bi u di n d i d ng ma tr n. M i hàng là m t khe th i gian, ượ ể ễ ướ ạ ậ ỗ ộ ờ

ỗ ộ ệ ộ ờ m i c t là các tín hi u truy n c a m t anten theo th i gian. ề ủ

1nT

11

Các anten truy nề

….....s 12 …….s s s 22 21 Các khe th i gian ờ

T1

T2

TnT

s s 2nT . . . . . . . . . s ……s s

c truy n t anten j. Sij là kí t ự trên khe th i gian i, đ ờ ượ ề ừ

T là s anten truy n.

T là s khe th i gian, n ố ờ ề ố

T l mã hoá (R) c a STBC đ ỉ ệ ủ ượ c tính b ng s kí t ằ ố đ ự ượ ộ c mã hoá trong m t

kh i (k) trên s khe th i gian (T): ố ờ ố

R =

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

k T

(3.13)

i th t các tín hi u t STBC s d ng ph ử ụ ươ ng pháp s p x p tr c giao l ế ự ắ ạ ứ ự ệ ạ i

các anten phát. Nghĩa là hai vect ơ ủ ớ c a hai c t b t kì trong ma tr n là tr c giao v i ộ ấ ự ậ

nhau.

3.4.1.1. Mã hóa Alamouti.

Đây là mã hoá kh i không gian-th i gian v i 2 anten phát. ố ờ ớ

Tx1

Mã hoá ] s [s 2 1 Tx2 Đi u ch ế ề  Thông tin ngu nồ

Hình 3.7: S đ mã hoá Alamouti.

ơ ồ

ế Block Matrix tín hi u có d ng (v i s1 và s2 là 2 symbol tín hi u liên ti p ệ ệ ạ ớ

nhau).

Tín hi u t i anten thu: ệ ạ

(3.14)

(3.15)

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Tín hi u c l ng c a s1 và s2 s đ ệ ướ ượ ẽ ượ ổ ờ c t ng h p theo không gian-th i ủ ợ

gian t tín hi u y1 và y2: ừ ệ

(3.16)

(3.17)

K t lu n: ế ậ

- Sau khi t ng h p tr c giao không gian-th i gian, năng l ng nhi u không thay ự ổ ợ ờ ượ ễ

ng tín hi u tăng (Space Time diversity gain). đ i nh ng năng l ổ ư ượ ệ

- V i Space-Time Block Code Alamouti, t c đ d li u không b suy gi m (full ộ ữ ệ ả ớ ố ị

rate) nh ng ta v n đ t đ c i phân c c t ng đ ng v i tr ng h p 2 anten ạ ượ đ l ộ ợ ư ẫ ự ươ ươ ớ ườ ợ

thu (phân c c 2 anten phát < phân c c 2 anten thu). ự ự

- V i s l ng anten thu > 1, tín hi u t ng anten thu s đ c t ng h p nh trên, ớ ố ượ ệ ở ừ ẽ ượ ổ ư ợ

sau đó s đ c t ng h p l ẽ ượ ổ ợ ạ ớ i v i nhau (ta s có thêm đ l ẽ ộ ợ i phân c c thu). ự

3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho s anten phát b t kỳ ố ấ

a) Mã hoá

Tarokh t ng quát hóa matrix STBC cho s anten phát b t kỳ (Tx = ấ ổ ố

3,4,5,6,8 ...) cho tín hi u th c ( ứ ự BPSK, PAM ...). Tuy nhiên đ i v i tín hi u ph c ố ớ ệ ệ

ứ (modulation QPSK, M-PSK, M-QAM ...), đ đ m b o full-diversity, Tarokh ch ng ể ả ả

minh không t n t i ma tr n phát cho tr ồ ạ ậ ườ ố ớ ng h p s anten phát l n h n 4 và đ i v i ớ ơ ợ ố

s anten phát 3 và 4 thì không t n t ố ồ ạ ậ i full-rate matrix, maximun rate = 3/4. Ma tr n

tín hi u tr c giao cho 3, 4 anten phát cho tín hi u th c và ph c: ự ứ ự ệ ệ

Full-rate matrix cho 3 anten phát (3 Tx)

Full-rate matrix cho 4 anten phát (4 Tx)

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

Rate 3/4 matrix for complex symbol:

3 anten Tx

4 anten Tx

b) Gi i mã STBC trong máy thu. ả

i mã tr c giao STBC là gi i mã t i u (maximum likelihood B gi ộ ả ự ả ố ư

decoding) đ c th c hi n t i b thu v i quá trình x lí tuy n tính. ượ ệ ạ ộ ự ử ế ớ

i

tc

Anten thu

. . .

B ộ k t ế h pợ B ộ tách t i ố u.ư

Hình 3.8: S đ gi

i mã c a h th ng STBC.

ơ ồ ả

ủ ệ ố

Nh m làm rõ ph ằ ươ ng pháp mã hoá này, m t h th ng liên l c không dây ộ ệ ố ạ

j

m u đ c xây d ng nh sau: ẫ ượ ư ự

tr , nh n t

n

j

j

=

+ h

ca

i anten j, đ c cho b i: T i th i đi m t, tín hi u ể ệ ạ ờ ậ ạ ượ ở

r t

ij

i t

t

= 1

i

(cid:0) (3.18)

a

ij

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

t

i là tín hi uệ

Trong đó là đ l ng t i đ ộ ợ ườ ừ anten truy n đ n anten nh n j, c ế ề ậ

t

j là nhi u Gaussian tr ng c ng (AWGN). ắ

đ c truy n t i anten i và n ượ ề ạ ễ ộ

Gi s r ng thông tin tr ng thái kênh là hoàn h o, b thu s tính đ thông ả ử ằ ẽ ả ạ ộ ộ

2

l

m

n

j

ca

ij

i t

-�� � r t

= 1

t

= 1

j

= 1

i

...

...

su t quy t đ nh: ế ị ố

1 2 c c 1 1

1 2 n c c c 2 2 1

n c ... 2

1 2 c c l l

n c ... l

Thông qua t t c các t mã : ấ ả ừ

mã thích h p sao cho t ng trên là nh nh t. Và quy t đ nh ch n t ế ị ọ ừ ấ ổ ợ ỏ

Ví dụ: Gi ả i mã v i ma tr n kh i trong mi n s th c. ố ề ố ự ậ ớ

Ma tr n 8x8 Ma tr n 4x4 ậ ậ

Trong ma tr n mã hoá, tín hi u ệ ở ậ ớ các hàng sau là s hoán v c a hàng đ u tiên v i ị ủ ự ầ

ổ s thay đ i d u. Vì các c t c a ma tr n tr c giao v i nhau t ng đôi m t nên t ng ự ổ ấ ộ ủ ự ừ ậ ộ ớ

n

c rút g n đ n m c nh nh t: s các nhánh đ ố ượ ỏ ấ ứ ế ọ

iS

= 1

i

(cid:229) (3.19)

2

Trong đó:

n

m

2

2

j

*

=

d

+-+

a

S

i )(

s

1

s

a e

i

r t

i )(

j

t

i

lk ,

i

t

= = 1

1

j

i

lk ,

*

ea

ea

i )(

j

(cid:246) (cid:230) ø Ø (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) - œ Œ (cid:229) (cid:229) (cid:229) (3.20) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł ß º ł Ł

)( i

j

t

t

a

i,

j

là liên h p ph c c a . ứ ủ ợ

i ch ph thu c vào kí t

i, kí t

j t }, h s đ

T, m là s anten thu m= n

R.

mã s ng { }, và Giá tr Sị ụ ộ ỉ ự ự nh n {r ậ ệ ố ườ

c u trúc tr c giao c a ma tr n, n là s anten phát n= n ấ ự ủ ậ ố ố

Ch ng 3: K THU T MIMO. ươ Ậ Ỹ

i £ ớ £ Nó cho phép t ng trong công th c (3.19) đ t giá tr nh nh t trong (3.20) v i 1 ứ ạ ấ ổ ỏ ị

n.

n

m

a j

i ( )

* e

Vì v y đ nh lu t tách sóng t ậ ậ ị ố ư i u là đ t o m t bi n nh t đ nh: ộ ấ ị ể ạ ế

R i

d ( ) i

j

t

t

= �� r t

=

=

1

t

1

j

d

e

(3.21)

)(ik

k

Trong đó hàng th k c a ma tr n mã hoá, là xác đ nh s ấ ủ i là d u c a s ở ứ ủ ậ ị ự

T và sau đó quy t đ nh

hoán v t ị ươ ứ ng ng gi a các hàng, ữ εk(p) = q ch ỉ ra r ng s ằ ấ p là hoán v có th khác d u ể ị

c aủ thành ph n (k, q) c a ma tr n mã hoá, cho i=1, 2,…n ủ ậ ầ ế ị

ch n kí t s ọ ự i trong “chòm sao” s [chòm sao là t p h p các kí t ậ ợ ự trong gi n đ s ả ồ ố

ph c, tuỳ theo ki u đi u ch mà ta có các gi n đ khác nhau] sao cho tho mãn: ứ ể ề ế ả ồ ả

2

2

2

=

-+

+

a

arg

s

1

s

i

sR i

kl

min As

lk ,

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) - (cid:229) (3.22) (cid:247) (cid:231) ˛ ł Ł

ề v i A là chòm sao Alphabet (Constellation Alphabet). Dù s có m t c a nó, đi u ớ ặ ủ ự

i u. này th t đ n gi n, mã hoá tuy n tính s cung c p phân t p t ế ậ ơ ậ ố ư ẽ ấ ả

3.5. K t lu n ch ng. ế ậ ươ

ấ K thu t MIMO trong thông tin di đ ng có nhi u u đi m nh hi u su t ộ ư ệ ề ư ể ậ ỹ

ph và đ tin c y c a kênh truy n. Ch ủ ề ậ ộ ổ ươ ậ ng 3 này đã trình bày các vài k thu t ỹ

MIMO th ng g p, m i k thu t có nh ng u đi m và khuy t đi m riêng nên các ườ ữ ư ỗ ỹ ể ế ể ậ ặ

nhà khoa h c th ọ ườ ng k t h p k thu t MIMO v i các k thu t khác đ t o ra h ớ ế ợ ể ạ ậ ậ ỹ ỹ ệ

ớ th ng MIMO hoàn ch nh nh t, có nhi u u đi m nh t. Nh s k t h p STBC v i ư ự ế ợ ề ư ể ấ ấ ố ỉ

b mã ngoài (TCM hay Turbo) đ có đ l ộ ộ ợ ể ậ i mã hoá, hay s k t h p k thu t ự ế ợ ỹ

MIMO v i k thu t ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao (OFDM). Ch ầ ố ự ớ ỹ ậ ươ ng

sau s trình bày chi ti t v k thu t và h th ng MIMO-OFDM này. ẽ ế ề ỹ ệ ố ậ

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

Ch ng 4 ươ

K THU T MIMO-OFDM. Ậ Ỹ

4.1. Gi ớ i thi u. ệ

Ch ng này trình bày t ng quan và phân tích h th ng h th ng MIMO. Có ươ ệ ố ệ ố ổ

nhi u lo i h th ng MIMO-OFDM, tùy vào t ng k thu t MIMO mà chúng ta có ạ ệ ố ừ ề ậ ỹ

ờ các h th ng khác nhau, nh : h th ng MIMO-OFDM mã hoá không gian_th i ư ệ ố ệ ố

ư gian, h th ng MIMO-OFDM ghép kênh không gian. M i h th ng có nh ng u ỗ ệ ố ệ ố ữ

mà ta s đi m và h n ch riêng, tùy theo m c đích s d ng và yêu c u kinh t ụ ử ụ ế ể ầ ạ ế ử

d ng các h th ng thích h p. ệ ố ụ ợ

Ph n cu i c a ch ng là trình bày v h th ng STBC-MIMO-OFDM 2x2 ố ủ ầ ươ ề ệ ố

nh là m t h th ng tiêu bi u. ộ ệ ố ư ể

4.2. Mô t t ng quan v h th ng MIMO_OFDM. ả ổ ề ệ ố

Hình 4.1: S đ phát và thu c a h th ng MIMO-OFDM.

ủ ệ ố

ơ ồ

T anten phát và nR

Chúng ta xét h th ng STC-OFDM v i K sóng mang con, n ệ ố ớ

anten thu. T ng băng thông c a h th ng là W Hz. Nó đ c chia thành K băng con ủ ệ ố ổ ượ

trùng lên nhau.

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

4.2.1. MIMO-OFDM Tx.

Hình 4.2: S đ kh i c a b phát c a h th ng MIMO_OFDM.

ơ ồ ố ủ ộ

ủ ệ ố

Lu ng d li u đ c mã hoá b i b mã hoá FEC. ữ ệ ượ ồ ở ộ

Lu ng d li u mã hoá đó đ ữ ệ ồ ượ ở ộ ề c ánh x qua b constellation b i b đi u ạ ộ

ch và mã hoá MIMO. ế

M i lu ng symbol đ u ra t ng ng v i m t anten phát Tx và ch u s x ầ ỗ ồ ươ ứ ị ự ử ộ ớ

lí OFDM c a anten đó: ủ

Chèn thêm chu i pilot vào. ỗ

Đi u ch b i b IFFT. ế ở ộ ề

Cu i cùng lu ng d li u đ c chuy n đ n IF/RF cho anten phát. ữ ệ ượ ồ ố ể ế

4.2.2. MIMO_OFDM Rx.

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

Hình 4.3: S đ kh i c a b thu c a h th ng MIMO_OFDM.

ơ ồ ố ủ ộ

ủ ệ ố

c t anten thu Rx đ Đ u tiên, các lu ng d li u nh n đ ồ ữ ệ ậ ượ ừ ầ ượ ồ c đ ng b . ộ

Sau đó Preambles và CP đ c tách ra t lu ng Rx nh n đ ượ ừ ồ ậ ượ c. Ph n tín ầ

hi u còn l i sau khi tách ra là m t kí t OFDM đ c gi ệ ạ ộ ự ượ ả i đi u ch b ng b FFT. ế ằ ề ộ

Pilot t n s đ c đ c tách ra t symbol OFDM gi i đi u ch và đ ầ ố ượ ượ ừ ả ế ề ượ c

c l ng kênh. Ma tr n c l ng kênh đ c thêm vào trong s d ng cho vi c ử ụ ệ ướ ượ ậ ướ ượ ượ

i mã MIMO. b gi ộ ả

Các symbol đ c t ng h p, gi i đi u ch và gi i mã đ t o ra lu ng d ượ ổ ợ ả ề ế ả ể ạ ồ ữ

li u phát ban đ u. ệ ầ

4.2.3. C u trúc c a khung (frame) c a h th ng MIMO-OFDM. ủ ệ ố ủ ấ

Hình 4.4: C u trúc khung d li u MIMO-OFDM.

ữ ệ

ấ

Trong môi tr ườ ng th i gian th c, frame là đ n v v n chuy n nh nh t bao ơ ị ậ ự ể ấ ờ ỏ

g m 10 khe. M i khe bao g m 1 khe preamble và 8 symbols OFDM. Preamble ồ ỗ ồ

đ c s d ng cho m c đích đ ng b th i gian. M i OFDM symbol đ ượ ử ụ ộ ờ ụ ỗ ồ ượ ắ c g n

thêm 1 CP. CP đ ượ ử ụ ộ c s d ng đ gi m nhi u symbol ISI và cân b ng kênh m t ể ả ễ ằ

cách đ n gi n h n. M i frame đ ơ ả ỗ ơ ượ ờ c v n chuy n qua sóng mang ph (đ nh th i ụ ị ể ậ

pha, đ nh th i t n s và ng t n s offset). ờ ầ ố ị c l ướ ượ ầ ố

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

4.3. Phân tích h th ng MIMO-OFDM. ệ ố

4.3.1. Mô hình h th ng MIMO-OFDM. ệ ố

Đ ng l ươ ượ ng băng t n c s ph c c a m t đáp ng xung kênh fadinh đ ộ ầ ơ ở ứ ủ ứ ượ c

=

a

t

vi i d ng: t d ế ướ ạ

t ),(

th

t (

)

)( l t

l

l

a

- D (cid:229) (4.1)

)(tl

Trong đó là qui trình Gaussian ph c băng t n h p tĩnh wide_sense và ứ ẹ ầ

đ c gi s là đ c l p gi a các kênh khác nhau. H n n a chúng ta gi ượ ả ử ộ ậ ữ ữ ơ ả ử ằ s r ng

hàm t ng quan trong mi n th i gian là gi ng nhau cho t t c các đ ươ ề ờ ố ấ ả ườ ề ng truy n,

đó là:

(

)

s

t

= ml

,

2 l

(

{ a

D+

) a

=

E

t

t

} )( t

l

* m

r t ,0

ml

(cid:236) D (cid:237) (4.2) „ (cid:238)

s r ng t ng công su t trung bình Không m t tính t ng quát, chúng ta gi ổ ấ ả ử ằ ấ ổ

s

=

s

=

1

c a đáp ng xung kênh là m t đ n v : ị ủ ộ ơ ứ

2 H

2 l

l

(cid:229) (4.3)

t anten phát và Nr anten thu (Nr

‡ Nt), tín

Cho h th ng MIMO-OFDM v i N ệ ố ớ

N

t

]

+

[

]

[

]

[

[ knx

,

]knwknbknH ,

,

,

= (cid:229)

hi u nh n t i anten thu th j trên sóng mang con k và kh i th n có d ng nh sau: ậ ạ ệ ứ ứ ư ạ ố

j

ij

j

i

= 1

i

(4.4)

Cho j=1,…, Nr và k=0,…, K-1

c truy n t anten phát th i trên sóng mang Trong đó: bi[n,k] là kí t đ ự ượ ề ừ ứ

th k c a kh i th n. ứ ủ ứ ố

Hij[n,k] là đáp ng t n s c a kênh truy n t ố ủ ề ừ ứ ầ ứ anten phát th i

đ n anten thu th j t ế ứ ạ i sóng mang th k c a kh i n. ứ ủ ố

K là t ng s sóng mang. ố ổ

. ổ r wj[n,k] là nhi u Gaussian v i s thay đ i ớ ự ễ

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

K

0

(

)

[

=

]

c vi B qua s t n hao, đáp ng t n s kênh có th đ ứ ầ ố ự ổ ể ượ ỏ ế t nh sau: ư

] = nTHknH

,

,

fk

ij

f

[ Wlnh , ij

kl K

=

0

l

D (cid:229) (4.5)

j

f

p2 K

e

- D là chi u dài kí t Trong đó hij[n,l] = hij(nTf,lts), K0=[td/ts], Wk= , Tf và ề ự

c ng kho ng b o v và kho ng cách gi a các sóng mang con, t ộ ữ ệ ả ả ả ẫ s là chu kì l y m u, ấ

1 fKD

i đa. , td là đ tr i tr t nó b ng v i ớ ằ ộ ả ễ ố

+

=

[

]

]

[

[ ] knwknbknHknx ],[

,

,

,

Ph ng trình (4.4) có th vi t l ươ i d ể ế ạ ướ ạ i d ng ma tr n nh sau: ậ ư

(4.6)

Trong đó:

...

knH ],[ N

1

t

]

[ knx , 1

H

2

N

t

]

=

=

[ knx ,

knH ],[

...

knH ],[ 11 knH ],[ 21 .

knH ],[ 12 knH ],[ 22 .

... .

kn ],[ .

x

kn ,[

]

rN

. [

]

HknH ,

. kn ],[

. ...

. kn ],[

H

N

1

N

2

r

r

NN r

t

=

=

]

]

[ b n k ,

[ w n k

,

b n k 1[ , ] ...

w n k 1[ , ] ...

w n k [ , ]

rN

� � � � �

� � . � � �

� � � � b n k [ , ] � tN

� � , � � �

(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) , ; (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł (cid:247) (cid:231) ł Ł

4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM.

4.3.2.1. H th ng STBC-OFDM. ệ ố

Chúng ta xét h th ng STC-OFDM v i K sóng mang con ,2 anten phát và 2 ớ ệ ố

anten thu. T ng băng thông c a h th ng là W Hz. Nó đ c chia thành K băng con ủ ệ ố ổ ượ

trùng lên nhau. Gi n đ kh i c a h th ng đ ồ ố ủ ệ ố ả ượ c cho nh hình 4.5. ư

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

Hình 4.5: Mô hình h th ng STBC-OFDM 2x2. ệ ố

TC: Turbo convolutional code.

RS: Reed-Solomon code.

STT : Space Time Trellis.

STB : Space Time Block.

T i m i th i đi m t, m t kh i bit thông tin đ c mã hoá đ phát ra m t t ể ạ ỗ ờ ộ ố ượ ộ ừ ể

*M kí t

mã không gian th i gian mà nó bao g m 2 ờ ồ đ ự ượ c đi u ch . T mã không ế ừ ề

...

X

t

...

1 x t ,2 2 x t ,2

1 x t M , 2 x t M ,

1 � x = � t ,1 2 x � t ,1

� � �

t,1, xi

t,2, …,xi

i = xi Trong đó hàng th i xứ t

t,M, i= 1,2 là dãy d li u cho anten phát ữ ệ

c cho b i: gian-th i gian đ ờ ượ ở

th i. Đ đ n gian chúng ta xét đ dài t mã b ng s sóng mang con OFDM, M=K. ể ơ ứ ộ ừ ằ ố

t,1, xi

t,2,…,xi

t,M là OFDM đ

i Các tín hi u xệ

c đi u ch trên K sóng mang con OFDM ượ ế ề

khác nhau và đ c truy n t ượ ề ừ anten phát th i đ ng th i trong m t khung OFDM, ờ ứ ộ ồ

t,k đ

trong đó xi c truy n trên sóng mang con OFDM th k. ượ ứ ề

Trong phân tích ho t đ ng, chúng ta gi s khung và kí t ạ ộ ả ử ự ồ ộ ữ đ ng b gi a

truy n và nh n là lí t ng. M t kênh con đ ề ậ ưở ộ ượ ấ ế c l y m u b i fading Rayleigh. Ti n ẫ ở

trình fading xem nh không đ i trong khung OFDM. Gi s r ng kênh gi a các ư ổ ả ử ằ ữ

anten khác nhau là không t ng quan v i nhau. ươ ớ

4.3.2.2. B phát STBC-OFDM. ộ

S đ kh i STBC-OFDM đ c cho trong Hình 4.5. Dòng tín hi u nh phân ơ ồ ố ượ ệ ị

đ c đi u ch và ánh x thành chu i kí t ph c. B chuy n đ i Inverse Discrete ượ ế ề ạ ỗ ự ứ ể ộ ổ

Fourier Transform (IDFT) M đi m th c hi n trên t ng dòng d li u n i ti p. Ngõ ố ế ữ ệ ự ừ ệ ể

ra c a kh i IDFT là M m u tín hi u trong mi n th i gian, t ủ ệ ề ẫ ố ờ ươ ộ ng ng v i m t ứ ớ

khung OFDM.

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

Đ tránh tác đ ng c a nhi u xuyên kí t ủ ể ễ ộ ự ề , m t cyclic prefix (CP) v i chi u ộ ớ

dài v đ c thêm vào các m u ngõ ra, k t qu là t o ra m t khung có chi u dài ượ ẫ ở ế ề ả ạ ộ

M+v.

Các khung OFDM đ ượ c truy n đ ng th i t ồ ờ ừ ề anten th nh t và anten th ấ ứ ứ

hai, nh sau: ư

IDFT

CP

+ Khung OFDM th n:ứ

)

)

(

(

)

X

(0)...

1)

...

...

,

...

1 n

1 X M ( n

1 x n

,0

1 x n M ,

1

1 x n M v

,

1 x n M ,

1

1 x n

,0

1 x n M ,

1

IDFT

CP

- (cid:0) (cid:0) Anten 1: ( - - - -

)

)

(

(

)

X

(0)...

1)

...

...

,

...

2 n

2 X M ( n

2 x n ,0

2 x n M ,

1

2 x n M v ,

2 x n M ,

1

2 x n ,0

2 x n M ,

1

- (cid:0) (cid:0) Anten 2: ( - - - -

+ Khung OFDM th (n + 1) : ứ

IDFT

CP

Anten 1:

)

(

)

(

)

(

X

(0)...

1)

...

...

+

+

2* n

2* X M ( n

1 x n

1,0

1 x n M 1,

1

1 x + n M v

1,

1 x + n M 1,

1 x , + n

1

1 x ... + n M 1,

1,0

1

- - - (cid:0) (cid:0) - - - -

IDFT

CP

Anten 2:

)

(

)

(

)

(

X

(0)...

1)

...

...

1* n

1* X M ( n

2 x + n

1,0

2 x + n M 1,

1

2 x + n M v

1,

2 x + n M 1,

2 x , + n

1

2 x ... + n M 1,

1,0

1

- (cid:0) (cid:0) - - - -

Trong đó (.)* là ch đ i l ng liên h p ph c và n = 2u-1, u=1,2… ỉ ạ ượ ứ ợ

Trong mô hình, chúng ta cho t ng kênh t ừ ừ ậ hai anten phát đ n anten nh n ế

i h n v i h s nh v. b ng b l c đáp ng xung gi ằ ộ ọ ứ ớ ạ ớ ệ ố ớ

4.3.2.3. B thu STBC-OFDM. ộ

T i b thu, sau khi l c, các tín hi u t i m i anten thu đ c, ti n t ạ ộ ệ ạ ọ ỗ ượ ề ố ượ c đ

lo i b trong m i khung. Sau đó các m u đ c đ a đ n b gi ạ ỏ ẫ ượ ư ế ộ ả ỗ i đi u ch OFDM. ế ề

Tín hi u ra c a b gi i đi u ch cho sóng mang con th k, k=1,2,…,K, t i anten ủ ộ ả ệ ứ ế ề ạ

2

=

+

R

N

nh n đ c cho b i: ậ ượ ở

j n k ,

ij H X n k ,

i n k ,

j n k ,

= 1

i

(cid:0) (4.7)

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

ij n k là đáp ng t n s kênh cho đ Trong đó H ,

j n k là ngõ ra gi ,

ng truy n t ầ ố ứ ườ ề ừ ứ anten phát th i

đ n anten thu j trên kênh con OFDM th k thu c khung th n, và N ế ứ ứ ộ iả

i anten nh n c a kênh con th k v i năng l ng ph c đi u ch c a nhi u t ế ủ ễ ạ ề ậ ủ ứ ớ ượ ổ ườ ng

R

,

đ Nộ 0; j=1,2.

j n k ,

j R + 1, n

k

R

,

1( )

2 ( )

Tín hi u thu c a t ng c p ( ) s đ c x lí gi ng nh trong h ủ ừ ệ ặ ẽ ượ ử ư ố ệ

j n k ,

j R + 1, n

k

nX k và

nX k . Đó là (

th ng MIMO đ thu đ c tín hi u ) s đ ể ố ượ ệ ẽ ượ c

% 1( ) nX k

% 2 ( ) nX k

c tín hi u c l ng , , sau đó đ a qua đ a qua b k t h p đ thu đ ộ ế ợ ư ể ượ ệ ướ ượ ư

1( ) nX k và

2 ( ) nX k .

i u đ tách ra tín hi u b tách t ộ ố ư ể ệ

1

j

Tín hi u nh n đ c t i anten thu: ậ ượ ạ ệ

n kR =

j ,

n kH X 1

j ,

,n k +

n kH X 2

2 ,

,n k +

n kN

j ,

=

+

+

= -

H

X

H

X

N

H

X

H

X

N

j +

+

(4.8)

j R + n

1,

k

1 n

1,

k

1 n

1,

k

2 j + n 1,

k

2 + n

1,

k

j + n

1,

k

1 n

j + 1,

k

+ 2* n k ,

2 j + n 1,

k

+ 1* n k ,

j + n

1,

k

(4.9)

jR ;

jR ;

=

n kR =

j ,

kR +

1,

j n

1

2

=

=

H

H

H

Đ thu n ti n tính toán, ta đ t: ể ệ ặ ậ

ij n k ,

ij + n

1,

k

ij

X

X=

;

j n k ,

j

N=

N

+ =

;

n kN

j ,

j 1

kN

j n

1,

j 2

;

=

+

+ H X H X

Bi u th c trên ta có th vi t l ể ế ạ ứ ể i nh sau: ư

j R 1

1

j

1

2

j

2

j N 1

= -

N

(4.10)

j R 2

H X 1 j

+ * 2

H X 2 j

+ * 1

j 2

(4.11)

2

2

2

2

*

*

=

+

+

+

=

)

% X

H

H

Tín hi u trên qua b k t h p ta đ c: ộ ế ợ ệ ượ

)

(

1

+ j H R H R 2

* j 1

j 1

2

j

1

j

2

j

j X H N 1

* 1

1

j

H N 2 j

j 2

( �

� � �

� � � �

= 1

j

= 1

j

(4.12)

2

2

2

*

*

=

2 +

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

) =

% X

H

H

- -

)

(

2

j j H R H R 2 1

1

2

j

j

1

j

2

j

j X H N 1

+ 2

2

j

H N 1 j

j 2

( �

� � �

� � � �

= 1

j

= 1

j

(4.13)

2

2

B tách t i u s c c ti u đ thông su t quy t đ nh: ộ ố ư ẽ ự ể ế ị ộ ố

- - - (cid:0)

)

(

R H X H X 1

1

2

j

j

j 1

2 + 2

+ * j R H X H X 2 2

1

2

j

j

* 1

=

2

j

(4.14)

1, X2 trong chòm sao X.

Thông qua t t c các giá tr c a X ấ ả ị ủ

Ta m r ng bi u th c trên, b các thành ph n đ c l p v i các t ộ ậ ở ộ ứ ể ầ ỏ ớ ừ ắ mã, s p

2

i thì c c ti u bi u th c trên t ng đ ng v i c c ti u bi u th c sau: x p l ế ạ ự ể ứ ể ươ ươ ớ ự ể ứ ể

(

* R H X )

(

* R H X

)

(

* R H X

)

* R H X j 1

j 1

+ * 1

j 1

1

j

+ 1

* R H X 2

j 1

j

+ * 2

j 1

2

j

2

* R H X j 1

j 2

2

j 2

1

j

* 2

= 1

j

2

2

2

2

2

+

+

+

(

X

H

X

)

(

* R H X )

]

1

ij

2

* R H X 2

j 2

j

1

j 2

2

j

* 1

+ �� (4.15)

= 1

j

= 1

i

- - - (cid:0)

2

2

2

2

2

*

S p x p bi u th c c c ti u đ thông su t trên thành hai ph n: ộ ứ ự ể ắ ế ể ầ ố

(

)

(

* R H X

)

]

X

* R H X [ j 1

j 1

+ * 1

+ R H X R H X 1

j 1

j 2

* 2

1

j

j

+ 1

j 2

2

j

* 1

ij

1

+ �� (4.16) H

= 1

j

= 1

i

= 1

j

1.

- (cid:0)

2

2

2

2

2

*

(4.16) là bi u th c ch theo bi n X ứ ể ế ỉ

(

)

(

* R H X

)

]

X

* R H X [ 2

j 2

j

+ * 2

R H X R H X 2

2

j

* j 1

j 1

j 2

2

j 2

1

j

* 2

ij

2

+ �� (4.17) H

= 1

j

= 1

i

= 1

j

2.

- - - (cid:0)

(4.17) là bi u th c theo bi n X ứ ể ế

ng đ Vì v y c c ti u bi u th c (4.14) là t ể ậ ự ứ ể ươ ươ ng v i c c ti u riêng r hai ể ớ ự ẽ

2

2

2

2

2

+

bi u th c trên. Ta l n l t th c hi n c c ti u “đ thông su t quy t đ nh” nh sau: ầ ượ ứ ể ệ ự ể ế ị ư ự ộ ố

)

(

X

j R H 1

* j 1

* j R H ) 2

2

j

1

ij

1

�� H

= 1

j

= 1

i

� � �

� + - +� 1 �

� X � �

� 2 ( � � � = j 1

- (4.18)

1.

2

2

2

2

2

i mã X đ gi ể ả

)

(

X

1

j R H 1

* 2

j

* j R H ) 2

1

j

2

ij

2

�� H

= 1

j

= 1

i

� 2 ( � � � = j 1

� � �

� + - +� �

� X � �

- - (4.19)

Ch ng 4: K THU T MIMO-OFDM. ươ Ậ Ỹ

2.

2

2

*

=

i mã X đ gi ể ả

d x y ( ,

)

(

x

y x )(

= - * ) y

x

y

- - , qui t c quy t đ nh cho m i tín hi u t G i ọ ế ị ệ ổ ắ ỗ

i n u và ch n u:

jX%

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2 +

, j=1,2 tr thành: Ch n X h p ợ ở ọ ỉ ế ế

- + 1

% d X X

(

,

)

% d X X

(

,

)

k(cid:0)

ij

i

j

i

ij

+ k

j

k

�� H

�� H

= 1

j

= 1

i

= 1

j

= 1

i

� � �

� X � �

� - + 1 � �

� X � �

(cid:0) ; " i (4.20)

thu c chòm sao kí t Trong đó Xi và Xk là 2 kí t ự ộ ự ự mà ph n mã hoá đã th c ầ

1

hi n.ệ

,n k = X1; X 2

,n k = X2 .

Nh v y là ta đã thu đ c tín hi u X ư ậ ượ ệ

K t lu n: ế ậ

ự Trên đây là mô hình h th ng STBC_OFDM v i tác đ ng là kênh fading l a ệ ố ớ ộ

c h tr b i thu t toán ch n t n s . B thu th c hi n m t s ti n trình x lí đ ệ ọ ầ ố ộ ộ ố ế ự ử ượ ỗ ợ ở ậ

c gán cho m t t n s riêng trong mô hình OFDM. Viterbi, m i ph n đ ỗ ầ ượ ộ ầ ố

4.4. K t lu n ch ng. ế ậ ươ

Trong ch ươ ậ ng này đã trình bày k thu t MIMO-OFDM. Đây là k thu t ậ ỹ ỹ

đang đ c ng d ng trong nhi u h th ng thông tin di đ ng vì nó m r ng băng ượ ứ ệ ố ở ộ ụ ề ộ

thông và tăng t c đ d li u lên nhi u l n, nâng cao ch t l ộ ữ ệ ề ầ ấ ượ ố ệ ng tín hi u. Hi n ệ

nay, MIMO-OFDM đang là c s cho chu n IEEE 802.11n, đây là chu n m i cho ơ ở ẩ ẩ ớ

h th ng WIFI v a h tr các chu n cũ v a có tính năng u vi ệ ố ừ ỗ ợ ừ ư ẩ ệ ơ t h n h n, nh h ẳ ư ỗ

ng cao. tr liên l c gi ng nói, trao đ i hình nh, video v i ch t l ổ ấ ượ ả ạ ọ ợ ớ

MIMO-OFDM còn đ c áp d ng trong h th ng WIMAX, hi n nay và ượ ệ ố ụ ệ

trong m t t ng lai không xa n a công ngh này s đ ộ ươ ẽ ượ ữ ệ c áp d ng r ng rãi và đem ộ ụ

i các ti n b v l ạ ế ộ ượ ậ t b c trong thông tin liên l c không dây c a nhân lo i. ạ ủ ạ

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

Ch ng 5 ươ

MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM Ệ Ố Ỏ

VÀ ĐÁNH GIÁ CH T L Ấ ƯỢ NG H TH NG. Ệ Ố

5.1. Gi i thi u n i dung mô ph ng. ớ ệ ộ ỏ

Trong ph n mô ph ng này, th c hi n đánh giá ch t l ấ ượ ự ệ ầ ỏ ệ ố ng c a h th ng ủ

MIMO-OFDM thông qua so sánh t l l ỉ ệ ỗ ễ i bit (BER) theo t s tín hi u trên nhi u ỉ ố ệ

(SNR). Ta đánh giá b ng cách so sánh v i h th ng OFDM, m t trong nh ng h ớ ệ ố ữ ằ ộ ệ

th ng có ch t l ng t t nh t trong h th ng thông tin di đ ng hi n nay. ấ ượ ố ố ệ ố ệ ấ ộ

Đ th c hi n so sánh ta xây d ng 2 mô hình h th ng MIMO-OFDM và h ể ự ệ ố ự ệ ệ

th ng OFDM. Tín hi u truy n đ c đ a vào khung và ệ ề ố ượ ạ c t o ng u nhiên, đ ẫ ượ ư

truy n đi v i dung l ng l n đ đ m b o s đánh giá có đ chính xác cao. ề ớ ượ ả ự ể ả ớ ộ

Các b c mô ph ng đ . máy phát, các ướ ỏ ượ c th c hi n gi ng v i th c t ố ự ế Ở ự ệ ớ

c mã hoá, đi u ch , IFFT, mã hoá không gian-th i gian đ b ướ ế ề ờ ựơ c mô ph ng đ y đ ỏ ầ ủ

và chi ti máy phát thì các quá trình ng i nh gi i đi u ch , gi i mã, t. ế Ở c l ượ ạ ư ả ế ề ả ướ c

c th c hi n m t cách chi ti l ượ ng g n c c đ i, thu t toán k t h p cũng đ ậ ế ợ ự ầ ạ ượ ự ệ ộ ế t.

ng c a các tr i tr , fading Rayleigh, nhi u gi ng u nhiên Kênh truy n thì nh h ề ả ưở ả ễ ủ ễ ả ẫ

đ c t o ra đ gi ng v i th c t ượ ạ ể ố ự ế ớ nh t. ấ

Cu i cùng là k t qu BER theo SNR c a hai h th ng đ c v trên cùng ệ ố ủ ế ả ố ượ ẽ

m t gi n đ đ d dàng so sánh và th y rõ u đi m c a h th ng MIMO-OFDM. ủ ệ ố ồ ể ễ ư ể ấ ả ộ

5.2. Các thông s mô ph ng. ố ỏ

5.2.1. H th ng OFDM. ệ ố

S khung mô ph ng : 110 ỏ ố

S sóng mang con : 16 ố

Đi u ch : 4QAM; tuỳ ch n ọ ế ề

Chi u dài FFT : 512 ề

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

trên m t khung : 6 S kí t ố ự ộ

Kích th c CP : 128 ướ

Băng thông h th ng : 5MHz ệ ố

SNR : 0; 3; 6; 9; 12; 15

5.2.2. H th ng MIMO-OFDM. ệ ố

Mô hình mô ph ng: Space time block code OFDM; 2 anten phát và 2 anten ỏ

nh n.ậ

S khung mô ph ng : 110 ỏ ố

S sóng mang con : 16 ố

Đi u ch : 4QAM; tuỳ ch n ọ ế ề

Chi u dài FFT : 512 ề

trên m t khung : 6 S kí t ố ự ộ

 Kích th c CP : 128 ướ

Băng thông h th ng : 5MHz ệ ố

SNR : 0; 3; 6; 9; 12; 15

5.2.3. Thông s kênh truy n. ố ề

ij): đ

Đáp ng t n s kênh (h c t o ra ng u nhiên ầ ố ứ ượ ạ ẫ

Nhi u c ng ng u nhiên. ễ ộ ẫ

T n s Doppler fd (Hz) : 0; 10; 20; 30 ; tuỳ ch n ọ ầ ố

Đ tr i tr t ộ ả ễ rms (us) : 0; 1

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

ng trình mô ph ng. 5.3. L u đ và s đ thu t toán c a ch ơ ồ ư ồ ủ ậ ươ ỏ

5.3.1. Truy n tín hi u. ề ệ

Tín hi u g c ố ệ

Mã hoá Trellis convolution

Ghép xen

Đi u chề ế

Mã hoá kh i không gian-th i gian. ố ờ

ệ ự ệ ừ ế mi n t n ề ầ Th c hi n IFFT, bi n đ i tín hi u t ồ s sang mi n th i gian. ề ố ờ

Tín hi u đã đi u ch đ ế ượ ề ệ c truy n đi. ề

5.3.2. Kênh truy n.ề

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

Tín hi u t anten phát ệ ừ

ủ ộ T o tác đ ng c a hi n ệ ạ ng Doppler và tr i tr t ả ễ ượ

ạ ễ ộ ẫ ộ T o tác đ ng c a nhi u c ng ng u ủ nhiên

Anten nh nậ

5.3.3. Nh n tín hi u. ậ ệ

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

Anten nh nậ

Th c hi n FFT ệ ự

K t h p tín hi u ệ ế ợ

Gi ả i đi u ch ề ế

Gi i ghép xen ả

Gi i mã trellis convolution ả

Tính BER c a h th ng OFDM ủ ệ ố và STBC-MIMO-OFDM

ẽ ả ủ ồ V gi n đ BER theo SNR c a c hai h th ng. ả ệ ố

So sánh và đánh giá ch t l ng ấ ượ các h th ng ệ ố

5.3.4. Thu t toán tính BER. ậ

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

begin

k = SNR(begin)

leng=length(s);berr=0;i=0;

c sau khi đã ượ Tín hi u thu đ ệ x lí s’(i) ử

False s’(i)= =s(i) Tín hi u g c ố ệ ban đ u s(i) ầ

berr=berr+1;

true

i=i+1

k=k+step;

True i <= leng

False

BER(k)=berr/leng;

k<=SNR(end)

False

end

5.4. K t qu mô ph ng và đánh giá. ỏ ế ả

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

Giao di n chính c a ch ng trình ủ ệ ươ

a) Tr ườ ng h p kênh truy n ch a có tác đ ng c a tr i tr và rayleigh fading ộ ả ễ ủ ư ề ợ

fd=0 trms = 0

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

b) Tr ng h p có tác đ ng c a tr i tr và Fading Rayleigh ườ ả ễ ủ ợ ộ

Tr ườ ng h p : ợ

fd =10Hz trms = 1us

Tr ườ ng h p: ợ

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

fd=20Hz trms = 1us

Tr ườ ng h p: ợ

fd=30Hz trms = 1us

Nh n xét: ậ

Ố Ệ Ch L ươ ƯỢ ng 5: MÔ PH NG H TH NG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CH T Ấ Ỏ NG H TH NG. Ệ Ố

 Truy n tín hi u cùng BER thì k thu t MIMO-OFDM s d ng SNR ệ ở ề ử ụ ậ ỹ

ậ th p h n OFDM. T đó có th ch ng minh cho nh n đ nh, s d ng k thu t ử ụ ừ ứ ể ậ ấ ơ ỹ ị

MIMO-OFDM chúng ta dùng công su t phát th p h n mà ch t l ng l i cao h n. ấ ượ ấ ấ ơ ạ ơ

ng tăng, thì yêu c u SNR tăng, hay ph i tăng công  Khi nhi u môi tr ễ ườ ầ ả

su t phát. ấ

 SNR càng cao thì BER càng nh . Nh v y khi phát v i công su t l n thì ấ ớ ư ậ ỏ ớ

ch t l ng tín hi u t t nh ng yêu c u tiêu th năng l ng tăng nên giá thành tăng. ấ ưọ ệ ố ư ụ ầ ượ

Vì v y càng ngày, ng i ta càng h ng đ n s d ng các công ngh trong thông tin ậ ườ ướ ế ử ụ ệ

di đ ng mà có th truy n tín hi u đáng tin c y v i m c công su t phát nh . ỏ ứ ệ ề ể ấ ậ ộ ớ

5.5. K t lu n ch ng. ế ậ ươ

Ph n mô ph ng còn h n ch là ch a th c hi n c l ng kênh, mà xem ệ ướ ượ ư ự ế ạ ầ ỏ

nh ph n c l ng h ư ầ ướ ượ ng là hoàn h o. Tuy nhiên v i m c đích đánh giá ch t l ớ ấ ượ ụ ả ệ

th ng thì mô hình trên là ch p nh n đ c vì ta cũng xem ph n c l ng kênh ậ ấ ố ượ ầ ướ ượ

ộ c a h th ng OFDM là hoàn h o. H th ng s d ng k thu t OFDM cũng là m t ủ ệ ố ệ ố ử ụ ả ậ ỹ

trong nh ng h th ng ch t l ng cao; đang và s đ c áp d ng trong các th h ệ ố ấ ượ ữ ẽ ượ ế ệ ụ

m ng di đ ng m i nh 3G và 4G. ớ ư ạ ộ

V i k t qu nh n đ c, là trong h th ng thông tin di đ ng, k thu t này ớ ế ả ậ ượ ệ ố ậ ộ ỹ

cho BER nh v i SNR th p. Nó còn t ỏ ớ ấ ố ơ ả ỹ ứ t h n c k thu t OFDM. Đi u này ch ng ề ậ

k thu t này còn đ c nghiên c u và áp d ng trong t ng lai cho các th h t ỏ ỹ ậ ượ ụ ứ ươ ế ệ

m ng di đ ng sau này. Mà b c đ u, MIMO-OFDM đã đ c ng d ng vào tiêu ạ ộ ướ ầ ượ ứ ụ

ấ chu n 802.11n trong WIFI, nó đã t o ra s m r ng băng thông và c i thi n ch t ự ở ộ ệ ạ ả ẩ

c đây. l ượ ng tín hi u m t cách đáng k so v i các tiêu chu n khác tr ể ệ ẩ ộ ớ ướ

NG PHÁT TRI N Đ TÀI. K T LU N VÀ H Ậ Ế ƯỚ Ể Ề

NG PHÁT TRI N Đ TÀI. K T LU N VÀ H Ậ Ế ƯỚ Ể Ề

Đ tài “ K thu t MIMO_OFDM” đã trình bày m t cách t ng quan v công ề ề ậ ộ ổ ỹ

ngh MIMO_OFDM. Thông qua h th ng STBC_OFDM 2x2, cũng đã gi ệ ố ệ ớ ệ i thi u

m t cách chi ti t v công ngh MIMO_OFDM đ n gi n. Trong đ tài còn trình ộ ế ề ệ ề ả ơ

bày v k thu t OFDM, MIMO, ng kênh. ề ỹ ậ c l ướ ượ

c ng d ng vào chu n IEEE Hi n nay, công ngh MIMO_OFDM đã đ ệ ệ ượ ứ ụ ẩ

802.11n trong h th ng WIFI và IEEE 802.16 trong h th ng WIMAX. M c dù ệ ố ệ ố ặ

b ướ c đ u còn trong giai đo n ng d ng th nghi m v i qui mô nh nh ng nó đã ử ạ ứ ụ ư ệ ầ ớ ỏ

mang l t b c trong lĩnh v c thông tin di đ ng, nh s m ạ i nh ng b ữ ướ c ti n v ế ượ ậ ư ự ở ự ộ

r ng băng thông, nâng cao ch t l ộ ấ ượ ử ụ ng tín hi u trao đ i. M ng WIFI s d ng ệ ạ ổ

802.11n đã trao đ i đ ng l n nh âm thanh, hình nh mà ổ ượ c các d li u dung l ữ ệ ượ ư ả ớ

các m ng WIFI tr c đó không th c hi n đ c. ạ ướ ệ ượ ự

Đ tài đã gi ề ớ ự ả i thi u công ngh STBC_OFDM, công ngh này cho s c i ệ ệ ệ

thi n đáng k v ch t l ể ề ấ ượ ệ ứ ng tín hi u. Phát tri n đ tài này, có th nghiên c u ệ ể ề ể

ư ệ ố thêm các h th ng MIMO_OFDM v i s anten phát và thu l n h n; nh h th ng ệ ố ớ ố ớ ơ

3x4, 4x4, 8x8,…Nh ng s anten tăng cũng n y sinh v n đ c n gi ề ầ ư ả ấ ố ả i quy t đó là: ế

t b thì s ph c t p trong b thu tín hi u, làm cho các phép tính có đ khó cao, thi ự ứ ạ ệ ộ ộ ế ị

ệ c ng k nh, giá thành cao. Tuy nhiên g n đây, v i các phát minh b x lí tín hi u ồ ộ ử ề ầ ớ

s giá r , các b x lí đa năng, các thu t toán x lí tín hi u m i, đi u này s giúp ố ộ ử ử ẻ ệ ề ẽ ậ ớ

thi ế ị t b MIMO_OFDM g n gàng h n và s đ ọ ẽ ượ ư c đ a vào áp d ng r ng rãi trong ụ ơ ộ

th c t ự ế ớ ớ . V i nh ng u đi m v m t k thu t và s h tr c a các phát minh m i, ậ ự ỗ ợ ủ ề ặ ỹ ữ ư ể

công ngh MIMO_OFDM s là m t trong nh ng công ngh hàng đ u s đ c áp ầ ẽ ượ ữ ệ ẽ ệ ộ

d ng trong h th ng thông tin di đ ng th h m i nh NGN, 4G. ụ ế ệ ớ ệ ố ư ộ

TÀI LI U THAM KH O. Ả Ệ

TÀI LI U THAM KH O. Ả Ệ

[1] TS.Phan H ng Ph ng, KS.Lâm Chi Th ng, “ K thu t phân t p anten trong ồ ươ ươ ậ ậ ỹ

ng h th ng MIMO ”. c i thi n dung l ệ ả ượ ệ ố

[2] Ph m H ng Liên, Đăng Ng c Khoa, Tr n Thanh Ph ng, “ ầ ạ ồ ọ ươ Matlab và ngứ

”, Nhà xu t b n Đ i H c qu c gia thành ph H Chí d ng trong Vi n Thông ụ ễ ấ ả ố ồ ạ ố ọ

Minh-2006.

Ph ng pháp mã hóa không gian th i gian trong [3] Ths Nguy n Anh Tu n, “ ễ ấ ươ ờ

các h th ng MIMO và m t s h ng nghiên c u i h i ngh ộ ố ướ ệ ố ứ ”, bài báo trình t ạ ộ ị

ứ . khoa h c l n th VI ọ ầ

[4] ThS.Lê Văn Ninh, TS.Nguy n Vi t Kính, “ ễ ế ề ầ Đ ng b t n s trong mi n t n ộ ầ ố ồ

s cho OFDM ố ”, bài báo khoa h c.ọ

”, [5] Ths.Nguy n Ng c Ti n, “ ễ ế M t s v n đ k thu t trong h th ng OFDM ộ ố ấ ề ỹ ệ ố ậ ọ

T p chí b u chính Vi n Thông và Công ngh thông tin , 29/09/2003. ư ệ ễ ạ

[6] Brank Vucetic, Jinhong Yuan, John Wily& Son, “Space Time Coding”, 2003.

[7] Lisa Meilhac, Alian Chiodini, Clement Boudesocque, Crislin Lele, Anil Gercekei,

“MIMO-OFDM modem for WLAN”- Newlogic Technology S.A.R.L, 07-2004 .

[8] John R.Barry, “Broadband MIMO OFDM wireless communications”, 2004

[9] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, and A. R. Calderbank. "Space–time block

codes from orthogonal designs". IEEE Transactions on Information Theory : 744–

765, July 1999.

[10] Vahid Tarokh, A.Robert Calderbank, “Space-Time Block Coding for Wireless

Communications”. IEEE journal on selected areas in communication, March 1999

PH L C. Ụ Ụ

PH L C. Ụ Ụ

CH NG TRÌNH MATLAB TH C HI N MÔ PH NG. ƯƠ Ỏ Ự Ệ

ng trình chính ươ

1) Ch function varargout = MIMO_OFDM(varargin) % MIMO_OFDM M-file for MIMO_OFDM.fig gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @MIMO_OFDM_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @MIMO_OFDM_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin == 0 % LAUNCH GUI

fig = openfig(mfilename,'reuse'); % Use system color scheme for figure: set(fig,'Color',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); % Generate a structure of handles to pass to callbacks, and store it. handles = guihandles(fig); guidata(fig, handles); if nargout > 0 varargout{1} = fig; end elseif ischar(varargin{1}) try if (nargout) [varargout{1:nargout}] = feval(varargin{:}); else feval(varargin{:}); % FEVAL switchyard end catch disp(lasterr); end

end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before MIMO_OFDM is made visible. % --- Executes on button press in start. function varargout = start_Callback(hObject, eventdata, handles) Nfram1=str2double(get(handles.frames,'String')) fft1=str2double(get(handles.fft_size,'String')) Nsub1=str2double(get(handles.Nsubcarriers,'String')) Dopler_freq1=str2double(get(handles.fd,'String')) SNR1=eval(get(handles.snr,'String'))

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

M_qam1=str2double(get(handles.M,'String')); M1 = M_qam1(get(handles.M,'Value'),1) Delay1=str2double(get(handles.t_rms,'String')); t_rms1=Delay1(get(handles.t_rms,'Value'),1); %******************************************************************* %state=1:OFDM ; state=2:STBC_OFDM 2x2 state1=1; state2=2; fd = Dopler_freq1;%fd1;%20; % Doppler frequency in Hz t_rms = 1;%t_rms1;%1; % Delay spread in mu s subN = Nsub1;%16; % No. of sub-carriers in each sub-channel F_LA = 1; % Link Adaptation Resolusion, useless here. Nframe = Nfram1;%110; % Total No. of frames to be simulated cdrt = 1/2; % Coding rate M = M1; % M-QAM misnr = SNR1(1); % minimum simulated SNR in dB stp = SNR1(2); % SNR simulation step mxsnr = SNR1(end); % maximum simulated SNR in dB chnums = 1000; % No. of channel realizations, should be larger than the total simulated symbols (frames * 6) sampling_rate = 1.08; % over-sampling rate, 1.08 for wimax?, and 1.536 for 3gpp flg_offset = 0; % no Carrier-frequency offset flg_csi_err = 0; % no Channel state information error N = fft1%512; % FFT size & total No. of sub-carriers cp_l = 128; % CP length BW = 5e6; % system bandwidth, 5MHz Nsymbol = 6; % 6 symbols within each frame dirname1 = 'yynew1'; % where the result is stored dirname2 = 'yynew2'; % where the result is stored allow_load_oldres = 1; % allow to load previous result Root_path = '.'; % where the path starts addpath('../comm_funcs'); DELAY=0; % no feedback delay stbc = 1; % useful only for alamouti (MISO) T_Symbol = (N+cp_l)/(BW*sampling_rate); % OFDM symbol duration sys = {'SISO','MRC1x2','Alt2x1','EGC1x2','AS2x1','ALT2x2','AS2x2'}; % supported MIMO schemes T_n=[1,2]; %Transmitter diversity branches [SIMO,MRC,MISO,EGC,MISO-AS] R_n=[1,2]; %Receiver diversity branches [SIMO,MRC,MISO,EGC,MISO-AS] T_div1=T_n(state1); %Specify transmitter diversity branches R_div1=R_n(state1); %specify receiver diversity branches T_div2=T_n(state2); R_div2=R_n(state2);

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

=

[ch1,ch2] = channelgenerator2(t_rms,fd,sampling_rate,N,cp_l,BW,chnums + F_LA * Nsymbol + DELAY,T_div1*R_div1,T_div2*R_div2); %%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%% filename ['f',num2str(fd),'_t',num2str(t_rms),'_N',num2str(subN),'_L',num2str(F_LA),... '_M',num2str(M),'F',num2str(round(10*cdrt)),'_E',num2str(flg_csi_err),... 'c',num2str(flg_offset),'D',num2str(DELAY),'.mat']; dirname1 = [Root_path,'/',dirname1]; filepath1 = [dirname1,'/',filename]; dirname2 = [Root_path,'/',dirname2]; filepath2 = [dirname2,'/',filename]; if allow_load_oldres && exist(filepath1,'file') && exist(filepath2,'file'), load(filepath1); load(filepath2); else %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% rdstate = 4831; snr_ix = 0; Num_grp=floor(N/subN); blk_err_c=nan(length(misnr:stp:mxsnr),floor(Nframe/F_LA),Num_grp); bit_err_u=nan(length(misnr:stp:mxsnr),floor(Nframe/F_LA),Num_grp); bit_tot_u=nan(length(misnr:stp:mxsnr),floor(Nframe/F_LA),Num_grp); bit_err_c=nan(length(misnr:stp:mxsnr),floor(Nframe/F_LA),Num_grp); bit_tot_c=nan(length(misnr:stp:mxsnr),floor(Nframe/F_LA),Num_grp); for snr=misnr:stp:mxsnr %%%%%%%%%%%%%%%%%%% snr_ix=snr_ix+1; frame_ix = 0; noisePowPerSubC = 1/10^(snr/10)/N; for la_ix=1:floor(Nframe/F_LA) rnd = randint(1,1,chnums) + 1; % randmize channel index for different LA intervals, avoid high time-correlation index = (rnd: rnd + F_LA * Nsymbol-1 ) + DELAY; h1 = ch1(:,index,:); h2 = ch2(:,index,:); H1 = func_add_csi_err(h1,N,flg_csi_err); % add CSI error H2 = func_add_csi_err(h2,N,flg_csi_err); % add CSI error [H1_comb,H1_LA,ps1]=selectAntenna2(H1,N,subN,state1,T_div1); % tx antenna selection [H2_comb,H2_LA,ps2]=selectAntenna2(H2,N,subN,state2,T_div2); % tx antenna selection B=log2(M)*ones(floor(N/subN),1); % loaded bits per sub-carrier P1 = 1/N/T_div1*ones(floor(N/subN),1); % power per subCarrier

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

P2 = 1/N/T_div2*ones(floor(N/subN),1); % power per subCarrier code_rate = cdrt*ones(floor(N/subN),1); [T_mod1,T_mod2,T_sent,coded,intleav,fact1,fact2,real_len,raw_len,t] = ... T_mod_cod_intlv(N,subN,B,P1,P2,Nsymbol,code_rate,rdstate,T_div1,T_div2,ps1,ps 2,state1,state2); % modulator & encoder & interleaver tf(snr_ix,la_ix) = sum(B~=0)*F_LA;%length(find(B~=0))*F_LA; % should be N/subN * F_LA tb_u(snr_ix,la_ix) = sum(B)*subN*Nsymbol*F_LA; tb_c(snr_ix,la_ix) = sum(raw_len)*F_LA; if stbc == 1, T_trans1=BT_alamouti(T_mod1,Nsymbol,state1); %doan chuong trinh thuc hien MIMO T_trans2=BT_alamouti(T_mod2,Nsymbol,state2); end for nf = 1:F_LA%F_PA % frame index within each PA window frame_ix = frame_ix + 1; index3 = ((nf-1)*Nsymbol+1:nf*Nsymbol); h2_1=h1(:,index3+DELAY,:); % only in the channel part, and combining part, no delay h2_2=h2(:,index3+DELAY,:); R_dfs1=BTR_ofdm(h2_1,N,cp_l,T_trans1,snr,T_div1,R_div1,Nsymbol,flg_offset,fd, BW,sampling_rate,noisePowPerSubC); % ofdm transiver R_dfs2=BTR_ofdm(h2_2,N,cp_l,T_trans2,snr,T_div2,R_div2,Nsymbol,flg _offset,fd,BW,sampling_rate,noisePowPerSubC); % ofdm transiver H2_1 = H1_comb(:,index3+DELAY,:); % here, use H at the receiver, no delay H2_2 = H2_comb(:,index3+DELAY,:); if stbc == 1, R_comb1=BR_combiner(R_dfs1,H2_1,state1); R_comb2=BR_combiner(R_dfs2,H2_2,state2); end [blk_err_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),blk_tot_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_e rr_u(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_tot_u(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_err_c(sn r_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_tot_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),wb_u1(snr_ix,fram e_ix),wb_c1(snr_ix,frame_ix),tp_uu1(snr_ix,frame_ix),tp_cc1(snr_ix,frame_ix),wf_u 1(snr_ix,frame_ix),wf_c1(snr_ix,frame_ix)]... = R_mod_cod_intlv(N,subN,R_comb1,fact1,B,rdstate,code_rate,real_len,t,coded,T_sen t,intleav); % de-interleaver & de-coder & de-modulator [blk_err_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),blk_tot_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_e rr_u(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_tot_u(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_err_c(sn r_ix,frame_ix,1:Num_grp),bit_tot_c(snr_ix,frame_ix,1:Num_grp),wb_u2(snr_ix,fram

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

e_ix),wb_c2(snr_ix,frame_ix),tp_uu2(snr_ix,frame_ix),tp_cc2(snr_ix,frame_ix),wf_u 2(snr_ix,frame_ix),wf_c2(snr_ix,frame_ix)]... = R_mod_cod_intlv(N,subN,R_comb2,fact2,B,rdstate,code_rate,real_len,t,coded,T_sen t,intleav); % de-interleaver & de-coder & de-modulator end end disp(['SNR= ',num2str(snr),'dB finished']); end %% calculate results % truong hop state1=1 ber_c1 = sum(wb_c1,2)./sum(tb_c,2)% avaible store ‘ber’ of OFDM % save results if ~exist(dirname1,'dir'), mkdir(dirname1); end; desp1 = [sys{state1},filename]; save(filepath1,'desp1','ber_c1','misnr','stp','mxsnr','t_rms','fd','state1','M','cdrt','subN'); %truong hop state2=2 ber_c2 = sum(wb_c2,2)./sum(tb_c,2)%avaible store ‘ber’ of MIMO_OFDM % save results if ~exist(dirname2,'dir'), mkdir(dirname2); end; desp2 = [sys{state2},filename]; save(filepath2,'desp2','ber_c2','misnr','stp','mxsnr','t_rms','fd','state2','M','cdrt','subN' ); end % plot results %**************figure; %******************************************************************* * axes(handles.axes1) semilogy(misnr:stp:mxsnr,ber_c1,'-.r*',misnr:stp:mxsnr,ber_c2,':bs','linewidth',2); legend('OFDM 1x1','STBCOFDM 2x2'); xlabel('SNR [dB]'); ylabel('BER'); set(handles.axes1,'XminorTick','on') grid on clear all;clc; function MIMO_OFDM_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject; % Update handles structure

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

guidata(hObject, handles); function varargout = MIMO_OFDM_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; function varargout = frames_Callback(hObject, eventdata, handles) % --- Executes during object creation, after setting all properties. function frames_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % See ISPC and COMPUTER. if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function varargout = fft_size_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to fft_size (see GCBO) % --- Executes during object creation, after setting all properties. function fft_size_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to fft_size (see GCBO) % See ISPC and COMPUTER. if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function varargout = Nsubcarriers_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Nsubcarriers (see GCBO) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of Nsubcarriers as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of Nsubcarriers as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function Nsubcarriers_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Nsubcarriers (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function M_Callback(hObject, eventdata, handles) % --- Executes during object creation, after setting all properties. function M_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function varargout = fd_Callback(hObject, eventdata, handles) function fd_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function varargout = t_rms_Callback(hObject, eventdata, handles) function t_rms_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end function varargout = snr_Callback(hObject, eventdata, handles) function snr_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % --- Executes on selection change in M. function popupmenu2_Callback(hObject, eventdata, handles) function popupmenu2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end 2) Interleaving,Coding and Mod received signal function [T_mod1,T_mod2,T_sent,coded,intleav,fact1,fact2,real_len,raw_len,t] = ... T_mod_cod_intlv(N,subN,B,P1,P2,Nsymbol,code_rate,rdstate,T_div1,T_div2,ps1,ps 2,state1,state2) T_sent = cell(1,floor(N/subN)); coded = cell(1,floor(N/subN)); intleav = cell(1,floor(N/subN));T_mod1 = []; T_mod2 = []; t = cell(1,floor(N/subN)); for k = 1:floor(N/subN) lens = subN*B(k)*Nsymbol; if code_rate(k) == 2/3&&mod(floor(lens*code_rate(k)),2)~=0

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

raw_len(k) = floor(lens*code_rate(k))-1;%lenh nay se rut gon chieu dai lens theo ti le k else raw_len(k) = floor(lens*code_rate(k)); end raw_bits = randint(1,raw_len(k)); T_sent{k} = raw_bits;%dua mang "raw_bits" vao 1 vi tri "T_sent{k}" [coded{k},t{k},real_len(k)] = N_encoder(code_rate(k),raw_bits,lens);%ma hoa raw_bit theo trellis k=1/2 if length(coded{k})==0 intleav{k} = []; mod1 = zeros(1,subN*Nsymbol); fact1(k) = 0; fact2(k) = 0; else intleav{k}=randintrlv(coded{k},rdstate); mod1 = qmodulator2(intleav{k},2^B(k)); fact1(k) = sqrt(P1(k)/pv(mod1));%P1 la nang luong tren mot song mang con; pv la tinh gia tri trung binh fact2(k) = sqrt(P2(k)/pv(mod1)); end tp = reshape(mod1,[],subN); %sap xep lai ma tran mod1 thanh ma tran co subN cot mod2 = tp.'; mod3 = tp.'; mod2 = mod2 *fact1(k); mod3 = mod3 *fact2(k); T_mod1 = [T_mod1;mod2]; T_mod2 = [T_mod2;mod3]; End 3) Deinterleaving,decoding and demod received signal function [blk_err_c,blk_tot_c,bit_err_u,bit_tot_u,bit_err_c,bit_tot_c,bnum2_u,bnum2_c,tpb_u, tpb_c,fnum_u,fnum_c] = ... R_mod_cod_intlv(N,subN,R_comb,fact1,B,rdstate,code_rate,real_len,t,coded,T_se nt,intleav) fnum_u = zeros(1,floor(N/subN)); fnum_c = zeros(1,floor(N/subN)); blk_err_c=zeros(1,floor(N/subN)); % stores whether the particular block is in error or not % if the block is in error, a '1' will be put in % the place, if it is not in error '0' will used. blk_tot_c=zeros(1,floor(N/subN));% whether the block is loaded or not bit_err_u=zeros(1,floor(N/subN));

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

% stores the number of bits in error for uncoded % configuration, for each block bit_tot_u=zeros(1,floor(N/subN)); % total number of uncoded bits loaded in each block bit_err_c=zeros(1,floor(N/subN)); % stores the number of bits in error for coded % configuration, for each block bit_tot_c=zeros(1,floor(N/subN)); % stores the total number of coded bits loaded in each block for k = 1:floor(N/subN) % 1:512 % for each block tp = R_comb((k-1)*subN+1:k*subN,:).'; tp2 = tp(:).'; if fact1(k)~=0 r_dmd = qdemodulator(tp2/fact1(k),2^B(k)); dintlv=randdeintrlv(r_dmd,rdstate); %r_dcd = BR_decode2(code_rate(k),dintlv(1:real_len(k)),t(k)); r_dcd = BR_decode2(code_rate(k),dintlv(1:real_len(k)),t{k}); bnum2_u(k) = biterr(dintlv,coded{k}); % uncoded wrong bits bnum2_c(k) = biterr(r_dcd,T_sent{k}); % coded wrong bits blk_tot_c(k)=blk_tot_c(k)+1; % increase the count for the loaded blocks bit_tot_u(k)=bit_tot_u(k)+length(dintlv);% bit_tot_c(k)=bit_tot_c(k)+length(r_dcd);% else r_dmd = []; dintlv = []; bnum2_u(k) = 0; bnum2_c(k) = 0; end tpb_u(k) = length(intleav{k}); % throughput for uncoded, if no error tpb_c(k) = length(T_sent{k}); % throughput for coded, if error if bnum2_u(k)>0 % with error fnum_u(k) = fnum_u(k) +1; % fer + 1 tpb_u(k) = 0; % throughput set to 0 end if bnum2_c(k)>0 % with error fnum_c(k) = fnum_c(k) +1; % fer + 1 tpb_c(k) = 0; % throughput set to 0 end end % store data for each block blk_err_c=fnum_c; % whether the block is in error or not bit_err_u=bnum2_u;% total number of bits in error in each block for uncoded system bit_err_c=bnum2_c;% total number of bits in error in each block for coded system %% yy's new part bnum2_u = sum(bnum2_u);

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

bnum2_c = sum(bnum2_c); tpb_u = sum(tpb_u); tpb_c = sum(tpb_c); fnum_u = sum(fnum_u); fnum_c = sum(fnum_c); 4) The multipath channel matrix generator %Using rayleighchan function in MATLAB %chnums is the number of channel realizations %fd is the Doppler frequency %divn is the number of diversity branches %t_rms is the delay spread in us %The output is matrix ch, for channel impulse response %clear all;close all; %clc; %bug fixed for AWGN function[ch1,ch2]=channelgenerator2(t_rms,fd,sampling_rate,N,cp_l,BW,chnums,div n1,divn2) if t_rms==0 && fd ==0, ch1 = ones(1,chnums,divn1); ch2 = ones(1,chnums,divn2); else Ch1=raych2(chnums*divn1,fd,t_rms,sampling_rate,N,cp_l,BW); Ch2=raych2(chnums*divn2,fd,t_rms,sampling_rate,N,cp_l,BW); for i=1:divn1 ch1(:,:,i)=Ch1(:,(i-1)*chnums+1:i*chnums); %save (sprintf('ch%d',i),'ch'); end for i=1:divn2 ch2(:,:,i)=Ch2(:,(i-1)*chnums+1:i*chnums); %save (sprintf('ch%d',i),'ch'); end end 5)SelectAnten2 function [H_comb,H_LA,ps]=selectAntenna2(H,N,subN,state,T_div) %H_comb = H(:,DELAY+1:end,:); ps = []; H_comb = H; ps = []; H_LA = squeeze(H(:,1,:)); 6)BT_alamouti %Alamouti-STBC scheme for MISO-Alamouti %return if not MISO system %T_mod is the modulated signal %Nsymbol is the No. of symbols within each frame

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

systems 5, indicates different

%state can be 1,2,3,4 or (1=SISO,2=MRC,3=MISO,4=EGC,5=AS) function T_trans=BT_alamouti(T_mod,Nsymbol,state) % if state~=3 % T_trans=T_mod; % return; % end if state == 2 || state == 6 for k=1:2:Nsymbol Ant0(:,k:k+1) = [T_mod(:,k) -conj(T_mod(:,k+1))]; Ant1(:,k:k+1) = [T_mod(:,k+1) conj(T_mod(:,k))]; end T_trans(:,:,1)=Ant0;T_trans(:,:,2)=Ant1; else T_trans = T_mod; End 7) BTR_ofdm %OFDM transiver plus channel %B and P contains bits number and power for each subcarrier %ch is the channel matrix, chnums is the No. of channel realizations %N is the No. of subcarriers %T_div and R_div are transmitter/receiver diversity branches %pn is the normalized noise power %T_trans is the modulated signal (After Alamouti for MISO-Alamouti) %cp_l is the length of CP %R_dfs is the received signal, without CP %H is the freqneucy response of channel impulse response function [R_dfs]=BTR_ofdm(h2,N,cp_l,T_trans,snr,T_div,R_div,Nsymbol,flg_offset,fd,BW,s ampling_rate,noisePowPerSubC) %% offset part %BW = 5e6; % F_Sampling = BW*sampling_rate; % T_Sampling = 1/F_Sampling; % T_Symbol = (N+cp_l)*T_Sampling; global use_HPA_flg; T_Sampling = 1/(BW*sampling_rate); T_Symbol = (N+cp_l)/(BW*sampling_rate); if flg_offset==1 % Simulation Including Carrier ofset t=0:T_Sampling:T_Symbol-T_Sampling; offset=exp(-j*2*pi*fd*t)'; else offset=1;

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

different indicates 4, systems

end pn=noisePowPerSubC;%1/10^(snr/10)/N; %Noise power in each subcarrier fss = ifft(T_trans,N,1); fs1=[fss(N-cp_l+1:end,:,:);fss]; fs1_before_PA=fs1; % sdnr_lin_mean_beforHPA=(mean(sum(abs(fs1(1:N,:)).^2)))/( pn); % if sdnr_lin_mean_beforHPA>0 % SNR_beforePowerAmp=10*log10(sdnr_lin_mean_beforHPA); % Calculation of new SNR taking Backoff into account. % else % SNR_beforePowerAmp=nan; % end % % PASS THROUGH THE HIGH POWER AMPLIFIER if use_HPA_flg fs1_HPA =Rapps_model(fs1,'');%Amplifying the signal with Rapps model else fs1_HPA =fs1; end fst3 = zeros(N+cp_l,Nsymbol,T_div); fs3 = zeros(N+cp_l,Nsymbol,R_div); for rx = 1:R_div for tx = 1:T_div for k=1:Nsymbol fst3(:,k,tx)=filter(h2(:,k,(rx-1)*T_div+tx),1,fs1_HPA(:,k,tx)).*offset; end end fs3(:,:,rx) = sum(fst3,3); end % clear i; noise=randn(size(fs3))+i*randn(size(fs3)); noise=noise/sqrt(pv(noise))*sqrt(pn)/sqrt(N); splusn=fs3+noise; rcp=splusn(cp_l+1:end,:,:); R_dfs=fft(rcp,N,1); 8)BR_combiner %Combine received signal %R_dfs is the output signal of FFT, without CP %H is the channel frequency response %state can be 1,2,3 or (1=SISO,2=MRC,3=MISO,4=EGC) %R_comb will be demodulated later to recover the transmitted bits function R_comb=BR_combiner(R_dfs,H,state) [N,Nsymbol,R_div]=size(R_dfs);

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ

PH L C. Ụ Ụ

R_comb(:,k+1)=(conj(H1(:,2)).*R_dfs(:,k)-

R_comb(:,k) = (conj(h0).*r0 + h1.*conj(r1) + conj(h2).*r2 +

R_comb(:,k+1) = (conj(h1).*r0 - h0.*conj(r1) + conj(h3).*r2 -

if state==1 for k=1:Nsymbol R_comb(:,k)=R_dfs(:,k)./H(:,k); end R_comb(:,k)=(conj(H1(:,1)).*R_dfs(:,k)+H1(:,2).*conj(R_dfs(:,k+1))).*scale4; % H1(:,1).*conj(R_dfs(:,k+1))).*scale4; elseif state == 6||state==2 for k = 1:2:Nsymbol scale4=1./sum(abs(squeeze(H(:,k,:))).^2,2); r0 = R_dfs(:,k,1); r1 = R_dfs(:,k+1,1); r2 = R_dfs(:,k,2); r3 = R_dfs(:,k+1,2); h0 = H(:,k,1); h1 = H(:,k,2); h2 = H(:,k,3); h3 = H(:,k,4); h3.*conj(r3)).*scale4;%lay du lieu thu giong alamouti 2x1 h2.*conj(r3)).*scale4; end end

Đ ÁN T T NGHI P. Ố Ồ Ệ