Đồ án tốt nghiệp: Các phương pháp mã hóa kênh trong thông tin di động 4G

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ

ạ ồ Giáo viên  hướng dẫn là TS. Lâm H ng Th ch. Các nội dung    nghiên cứu và kết

qu  ả  trong   đ  ề  tài  này  là  trung  th c ự  và  chưa  từng  được   ai  công  b  ố  trong

bất  c  ứ công trình nghiên  cứu nào trước đây.

ề ậ ả ọ ượ ẫ M i tham kh o dùng trong lu n văn đ u đ c trích d n rõ ràng tên tác gi ả   ,

ể ờ ị ố tên công trình, th i gian, đ a đi m công b .

ợ ệ ọ ế ạ ạ ị M i sao chép không h p l , vi ph m quy ch  đào t o, hay gian trá, tôi xin ch u

hoàn toàn trách nhi m.ệ

H i Anộ , ngày 05  tháng 05 năm

2012

ự ệ Sinh viên th c hi n

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

i

GVHD: Lâm H ng Th ch

Nguyễn Thị Thu H ngươ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Ờ Ả Ơ L I C M  N

ể ồ ố ờ ầ Đ  hoàn thành đ  án t ệ t nghi p này, l ả ơ   i đ u tiên em xin chân thành c m  n

ệ ầ ọ ườ ạ ọ các th y giáo, cô giáo Khoa Khoa h c và công ngh  Tr ng Đ i h c Phan Châu

ữ ườ ứ ế ạ ỗ ổ ị Trinh, nh ng ng ố   ữ i đã d y d , trang b  cho em nh ng kí n th c b  ích trong b n

ọ ừ năm h c v a qua.

ỏ ế ơ ấ ớ ầ ạ ồ Em xin bày t lòng bi ắ t  n sâu s c nh t t i th y giáo Lâm H ng Th ch,

ườ ậ ướ ự ậ ỉ ả ẫ ố ờ ồ ng i đã t n tình h ng d n, ch  b o em trong su t th i gian th c t p và làm đ  án.

ả ơ Em xin chân thành c m  n !

ộ H i An, ngày 10 tháng 04 năm 2012

Sinh viên

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

ii

GVHD: Lâm H ng Th ch

ươ ễ ị Nguy n Th  Thu H ng

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Ụ

Ụ

M C L C

ươ ễ ị Nguy n Th  Thu H ng ii

Ụ Ụ    M C L C iii

Ụ Ẽ DANH M C HÌNH V  xiii

ươ ễ ị Nguy n Th  Thu H ng ii xiii

Ụ Ụ M C L C iii xiii

ươ ễ ị Nguy n Th  Thu H ng ii iii xiii

Ụ Ụ M C L C iii iii xiii

Ụ Ẽ DANH M C HÌNH V  ix iii xiii

Ờ Ở Ầ L I M  Đ U 1 iii xiii

ươ Ộ Ự Ủ Ể Ệ Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

NAM 1 iii xiii

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1 iii xiii

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t ng lai 7 iii xiii

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9 iii xiii

ạ ươ ệ ố ố ồ ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

xen nhau 10 iii xiii

ấ ề ỹ ữ ế ệ ế ậ Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12 iii xiii

ệ ố ấ Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17 iii xiii

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

iii

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ố ạ Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19 iii xiii

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ Ộ Ch ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22 iii xiii

2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22 iii xiii

ệ ố ố ề Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24 iii xiii

ủ 2.2 Vai trò c a mã hóa  25 iii xiv

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26 iii xiv

ố Hình 2.2  Mã hóa kh i 27 iv xiv

ệ ố ệ ố ộ Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28 iv xiv

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l 1/3 31 iv xiv

ộ Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33 iv xiv

ộ ả Hình 2.6   B  gi i mã Turbo 34 iv xiv

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41 iv xiv

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43 iv xiv

ươ ờ 3.1 Ph ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44 iv xiv

ầ ố ộ ệ ố Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46 iv xiv

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l i 51 iv xiv

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2 52 iv xiv

ướ ơ ồ ạ Hình 3.4  L ớ i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53 iv xiv

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55 iv xiv

ẩ ế ườ ữ ẩ Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59 iv xiv

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

iv

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ớ Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60 iv xiv

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 64 iv xiv

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 65 iv xv

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68 iv xv

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 78 v xv

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 81 v xv

ử ụ ặ ạ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83 v

xv

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83 v xv

Ụ Ẽ DANH M C HÌNH V  ix xv

Ờ Ở Ầ L I M  Đ U 1 xv

ươ Ộ Ự Ủ Ệ Ể Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

NAM 1 xv

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1 xv

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t ng lai 7 xv

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9 xv

ạ ươ ệ ố ồ ố ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

v

GVHD: Lâm H ng Th ch

xen nhau 10 xv

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ấ ề ỹ ữ ế ệ ế ậ Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12 xv

ệ ố ấ Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17 xv

ế ố ạ Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19 xv

ươ Ộ Ch ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22 xvi

2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22 xvi

ệ ố ố ề Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24 xvi

ủ 2.2 Vai trò c a mã hóa  25 xvi

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26 xvi

ố Hình 2.2  Mã hóa kh i 27 xvi

ệ ố ệ ố ộ Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28 xvi

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l 1/3 31 xvi

ộ Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33 xvi

ộ ả Hình 2.6   B  gi i mã Turbo 34 xvi

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41 xvi

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43 xvi

ươ ờ 3.1 Ph ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44 xvi

ầ ố ộ ệ ố Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46 xvi

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l i 51 xvi

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2 52 xvi

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

vi

GVHD: Lâm H ng Th ch

ướ ơ ồ ạ Hình 3.4  L ớ i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53 xvi

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55 xvi

ẩ ế ườ ữ ẩ Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59 xvi

ộ ớ Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60 xvi

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 64 xvii

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 65 xvii

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68 xvii

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 78 xvii

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 81 xvii

ử ụ ạ ặ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83

xvii

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83 xvii

Ờ Ở Ầ L I M  Đ U 1

ươ Ộ Ự Ủ Ể Ệ Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

NAM 1

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t ng lai 7

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

vii

GVHD: Lâm H ng Th ch

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ ươ ệ ố ố ồ ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

xen nhau 10

ấ ề ỹ ữ ế ế ệ ậ Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12

ệ ố ấ Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17

ế ố ạ Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19

ươ Ộ Ch ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22

2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22

ệ ố ố ề Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24

ủ 2.2 Vai trò c a mã hóa  25

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26

Hình 2.2  Mã hóa kh i 27ố

ệ ố ộ ệ ố Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l 1/3 31

ộ Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33

ộ ả Hình 2.6   B  gi i mã Turbo 34

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43

ươ ờ 3.1 Ph ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44

ầ ố ệ ố ộ Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

viii

GVHD: Lâm H ng Th ch

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l i 51

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2 52

ướ ơ ồ ạ ớ Hình 3.4  L i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55

ẩ ế ườ ữ ẩ Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59

ộ ớ Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 64

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 65

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 78

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 81

ử ụ ặ ạ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83

Ụ Ừ Ế Ắ DANH M C T  VI T T T

3G Third generation ế ệ ứ Th  h  th  3

4G Fourth generation ế ệ ứ Th  h  th  4

A

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

ix

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ộ ứ ARM Adaptive multi rate T c đ  đa thích  ng

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Yêu c u l p l i t

ầ ặ ạ ự ộ  đ ng ắ ạ ộ ARQ AWGN Automatic repeat request Additive white Gaussian noise T p âm Gaussian tr ng c ng

B

l i bit

ỷ ệ ổ ị ị BER BPSK Bit error rate Binary phase shift keying T  l Khoá d ch pha nh  phân

C

ể

CDMA CRC CSI Code division multiple access Đa truy c p phân chia theo mã Cyclic redundancy check Channel state information ậ ư Ki m tra d  chu trình ạ Thông tin tr ng thái kênh

D

Phát thanh số ị DAB DPSK Digital audio broadcasting Differential phase shift keying Khoá d ch pha vi sai

ề ố DVB Digital video broadcasting Truy n hình s

E

ể EXIT Extrinsic information transfer Chuy n giao thông tin ngoài

F

FEC FER Forward error correction Frame error rate S a l T  l ủ ổ ướ i tr ỷ ệ ổ  l c i khung

G

ụ ế ị GPRS General packet radio services D ch v  vô tuy n gói chung

H

ố ộ ậ HSPA High speed packet access Đa truy c p gói t c đ  cao

I

ệ ệ ậ IEEE Institute of Electrical and ứ ỹ Vi n nghiên c u k  thu t đi n và

ố ộ ậ ự Electronic Engineers Independent identically đi n tệ ử S  phân b  đ c l p nhau i.i.d

distributed

L

ỷ ệ ạ ự ạ  đo n c c đ i

ng lai

ự ầ LLR LOS LTE LST Log­likelihood ratio Line­of­sight Long term evolution Layered space­time T  l Nhìn th ngẳ ươ ễ S  phát tri n trong t ờ T ng không gian th i gian

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

x

GVHD: Lâm H ng Th ch

M

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

MAP Max a posteriori MC­CDMA MultiCarrier Code Division ấ ị ố ớ Giá tr  cu i l n nh t ậ Đa truy nh p phân chia theo mã

ề ế đi u ch  đa sóng mang

ề ả ố MIMO MLSE Multiple Access Multiple­input Multiple­output Nhi u anten ra, nhi u anten vào Maximum likelihood sequence ề ấ Kh  năng gi ng nh t

ụ

ị ổ MMS MMSE estimator Multimedia messages service D ch v  tin nh n đa ph Minimum mean square error ệ ươ ắ ng ti n ỏ ươ ng trung bình nh L i bình ph

ế ợ ỷ ệ ố MMS Maximal ratio combining nh tấ K t h p t l t i đa

N

NLOS Non line of sight Khu tấ

O

ậ OFDMA Othogonal frequency division ầ ố ự   Đa truy nh p phân chia t n s  tr c

multiple access giao

ố ế ố PCBC P Parallel concatenated block Mã kh i k t n i song song

ắ PCCC coder Parallel concatenated ế ố Mã xo n k t n i song song

ề ị PDF PSF convolutional coder Probability density function Phase shift keying ấ ậ ộ Hàm m t đ  xác su t ế Đi u ch  khoá d ch pha

Q

ộ ầ ề ế ươ QAM Quadrature amplitude Đi u ch  biên đ  c u ph ng

ị ươ ng

ấ ượ ụ QPSK QoS modulation Quadrature phase­shift keying Khoá d ch pha c u ph Quality of service ầ ị ng d ch v Ch t l

S

ỷ ệ ổ ệ ố T  l

l ố SER SCBC i h  th ng Symbol error rate Serial concatenated block coder Mã kh i theo th  t ứ ự ố ế  n i ti p

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xi

GVHD: Lâm H ng Th ch

ắ SCCC Serial concatenated Mã xo n theo th  t ứ ự ố ế  n i ti p

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

convolutional coder

ạ

ỷ ố ố ế

ờ

ờ

ờ

ị SNR S/P ST STC SCBC STTC SVD Signal to noise ratio Serial­to­parallel Space­time Space­time code Space­time block codes Space­time trellis code Singular value decomposition ệ T  s  tín hi u trên t p âm N i ti p/song song Không gian th i gian Mã không gian th i gian ờ ố Mã kh i không gian th i gian ướ Mã hoá l i không gian th i gian Phân tích giá tr  riêng

T

ề TCM Trellis coded modulation ế Đi u ch  mã trellis

U

i dung ầ ộ

ế ị ườ t b  ng ộ ệ ố UE UMB UMTS User equipment Ultra Mobile Broadband Universal mobile Thi Di đ ng băng t n siêu r ng ộ ễ H  th ng vi n thông di đ ng toàn

ặ ấ ế ậ UTRAN telecommunication systems Universal terrestrial radio access c uầ ạ M ng truy nh p vô tuy n m t đ t

network toàn c uầ

W

ậ WCDMA Wideband code division access Đa truy nh p phân chia theo mã

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xii

GVHD: Lâm H ng Th ch

băng r ngộ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Ẽ Ụ DANH M C HÌNH V

ị ươ ễ Nguy n Th  Thu H ng ii                  .........

Ụ Ụ      M C L C iii                                                                                                                      ............................................................................................................

ị ươ ễ Nguy n Th  Thu H ng ii iii              ....

Ụ Ụ  iii           M C L C iii ........................................................................................................

Ụ Ẽ iii        DANH M C HÌNH V  xiii ....................................................................................

ị ươ ễ Nguy n Th  Thu H ng ii xiii iii

Ụ Ụ iii           M C L C iii xiii .................................................................................................

ị ươ ễ Nguy n Th  Thu H ng ii iii xiii

iii                                                                                                                                          .................................................................................................................................

Ụ Ụ iii           M C L C iii iii xiii .............................................................................................

Ụ Ẽ DANH M C HÌNH V  ix iii xiii iii                                                                                     ...........................................................................

Ờ Ở Ầ iii        L I M  Đ U 1 iii xiii ...........................................................................................

ươ Ộ Ự Ủ Ể Ệ Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

iii        NAM 1 iii xiii ...........................................................................................................

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1 iii xiii iii                                           .................................

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t iii        ng lai 7 iii xiii .............................................

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9 iii xiii iii                                       .............................

ạ ươ ệ ố ố ồ ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xiii

GVHD: Lâm H ng Th ch

xen nhau 10 iii xiii iii                                                                                                             ...................................................................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ấ ề ỹ ữ ế ệ ế ậ Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12 iii xiii iii

ệ ố ấ iii        Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17 iii xiii ...........................................................

ế ố ạ iii        Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19 iii xiii ..............................

ươ Ộ Ch ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22 iii xiii iv               .....

iv        2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22 iii xiii ..........................................................

ệ ố ố ề iv        Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24 iii xiii ...........

ủ iv        2.2 Vai trò c a mã hóa  25 iii xiv ............................................................................

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26 iii xiv iv                                  ........................

ố iv        Hình 2.2  Mã hóa kh i 27 iv xiv .............................................................................

ệ ố ệ ố ộ Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28 iv xiv iv                                 .......................

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l 1/3 31 iv xiv iv                                                                 .......................................................

ộ iv        Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33 iv xiv ....................................................................

ộ ả Hình 2.6   B  gi iv        i mã Turbo 34 iv xiv ....................................................................

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41 iv xiv iv                                             ...................................

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43 iv xiv iv                                                                                        ..............................................................................

ươ ờ 3.1 Ph ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44 iv xiv iv                                            ..................................

ầ ố ộ ệ ố   Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46 iv xiv iv                                               .....................................

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l iv        i 51 iv xiv ...........................................................................

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l iv        i k=1, K=3 và n=2 52 iv xiv ...................................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xiv

GVHD: Lâm H ng Th ch

ướ ơ ồ ạ Hình 3.4  L ớ  iv        i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53 iv xiv ................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ơ ồ ố ủ ộ iv        Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55 iv xiv ..........................................

ẩ ế ườ ữ ẩ Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59 iv xiv iv                      ............

ộ ớ Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60 iv xiv iv                                                              ....................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 64 iv xiv v                                                                                .......................................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 65 iv xv v                                                                                 ........................................................................

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68 iv xv v                                     ..............................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 78 v xv v                                                                                  .........................................................................

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ kênh fading Rayleigh ch m 81 v xv v                                                                                  .........................................................................

ử ụ ặ ạ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83 v

v         ............................................................................................................................... xv

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83 v xv v                                                .........................................

Ụ Ẽ v       DANH M C HÌNH V  ix xv ...................................................................................

Ờ Ở Ầ v       L I M  Đ U 1 xv ..................................................................................................

ươ Ộ Ự Ủ Ệ Ể Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

v       NAM 1 xv ..................................................................................................................

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi v                                               i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1 xv ........................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xv

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t v                                                           ng lai 7 xv ....................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9 xv v                                           ....................................

ạ ươ ệ ố ố ồ ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

v       xen nhau 10 xv ..........................................................................................................

ấ ề ỹ ữ ế ệ ế ậ vi        Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12 xv ....

ệ ố ấ Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17 xv vi                                                                           .................................................................

ế ố ạ Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19 xv vi                                              ....................................

ươ Ộ Ch vi        ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22 xvi ..........

2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22 xvi vi                                                                        ..............................................................

ệ ố ố ề Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24 xvi vi                          ................

ủ 2.2 Vai trò c a mã hóa  25 xvi vi                                                                                          ................................................................................

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26 xvi vi                                      ............................

ố vi        Hình 2.2  Mã hóa kh i 27 xvi .................................................................................

ệ ố ệ ố ộ vi        Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28 xvi ...........................

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l vi         1/3 31 xvi ...........................................................

ộ vi        Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33 xvi ........................................................................

ộ ả Hình 2.6   B  gi vi        i mã Turbo 34 xvi ........................................................................

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41 xvi vi                                                 .......................................

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43 xvi vi                                                                                            ..................................................................................

ươ ờ 3.1 Ph vi        ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44 xvi ......................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xvi

GVHD: Lâm H ng Th ch

ầ ố ộ ệ ố  vi        Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46 xvi ........................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l vi        i 51 xvi ..............................................................................

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2 52 xvi vi                                                                 .......................................................

ướ ơ ồ ạ Hình 3.4  L ớ  vi        i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53 xvi ....................

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55 xvi vii                                                       .............................................

ẩ ế ườ ữ ẩ vii        Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59 xvi ...............

ộ ớ vii        Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60 xvi .......................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ vii        kênh fading Rayleigh ch m 64 xvii .......................................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ vii        kênh fading Rayleigh ch m 65 xvii .......................................................................

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68 xvii vii                                       .............................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ vii        kênh fading Rayleigh ch m 78 xvii .......................................................................

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ vii        kênh fading Rayleigh ch m 81 xvii .......................................................................

ử ụ ặ ạ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83

vii        xvii ...........................................................................................................................

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83 xvii vii                                                 .......................................

Ờ Ở Ầ  vii        L I M  Đ U 1 .....................................................................................................

ươ Ộ Ự Ủ Ể Ệ Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xvii

GVHD: Lâm H ng Th ch

vii        NAM 1 .....................................................................................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi vii        i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  1 ..........................................

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t vii        ng lai 7 .......................................................

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9 vii                                                 .......................................

ạ ươ ệ ố ồ ố ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

viii       xen nhau 10 ...........................................................................................................

ấ ề ỹ ữ ế ệ ế ậ viii       Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n 12 .......

ệ ố ấ viii       Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G 17 ...................................................................

ế ố ạ viii       Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop 19 .......................................

ươ Ộ Ch viii       ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG 22 .............

viii       2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 22 ..................................................................

ệ ố ố ề viii       Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s  24 ...................

ủ    viii       2.2 Vai trò c a mã hóa  25 ....................................................................................

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26 viii                                         ................................

Hình 2.2  Mã hóa kh i 27ố    viii       .....................................................................................

ệ ố ộ ệ ố    viii       Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28 ...............................

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l viii        1/3 31 ...............................................................

ộ viii       Hình 2.5   B  mã hóa Turbo 33 ............................................................................

ộ ả Hình 2.6   B  gi viii       i mã Turbo 34 ...........................................................................

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41 viii                                                   ..........................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xviii

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43 viii                                                                                               ......................................................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ờ 3.1 Ph viii       ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  44 .........................................

ầ ố ệ ố ộ viii       Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c 46 ............................................

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l viii       i 51 ..................................................................................

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l ix        i k=1, K=3 và n=2 52 ............................................................

ướ ơ ồ ạ ớ Hình 3.4  L ix        i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 53 .........................

ơ ồ ố ủ ộ ix        Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55 ....................................................

ẩ ế ườ ữ ẩ ix        Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t 59 .....................

ộ ớ ix        Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK 60 .............................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ ix        kênh fading Rayleigh ch m 64 ...............................................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

ậ ix        kênh fading Rayleigh ch m 65 ...............................................................................

ơ ồ ố ủ ộ ix        Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68 .....................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

ậ ix        kênh fading Rayleigh ch m 78 ...............................................................................

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

ậ ix        kênh fading Rayleigh ch m 81 ...............................................................................

ử ụ ặ ạ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng 83 ix

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 83 ix                                                         ...............................................

Ụ   DANH M C HÌNH V Ẽ    xiii       ........................................................................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xix

GVHD: Lâm H ng Th ch

Ờ Ở Ầ  1       L I M  Đ U ..........................................................................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ Ộ Ự Ủ Ể Ệ Ch Ệ Ố ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG VI T

1       NAM  ..........................................................................................................................

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi 1       i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng  ...............................................

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t ng lai 7                                                                     ............................................................

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng. 9                                                     ............................................

ạ ươ ệ ố ố ồ ề ậ ấ Hình 1.2  M ng t ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan

10        xen nhau .................................................................................................................

ấ ề ỹ ữ ế ế ệ ậ 12        Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n .............

ệ ố ấ 17        Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G .........................................................................

ế ố ạ 19        Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop .............................................

ươ Ộ Ch 22        ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG ...................

22        2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý ........................................................................

ệ ố ề Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s ố  24        .........................

ủ  25        2.2 Vai trò c a mã hóa  ..........................................................................................

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G 26                                                ......................................

Hình 2.2  Mã hóa kh iố 27                                                                                                     ...........................................................................................

ệ ố ệ ố ộ Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng 28                                               .....................................

ắ ỷ ệ ộ Hình 2.4  B  mã hóa xo n t l 1/3 31                                                                               .....................................................................

ộ 33        Hình 2.5   B  mã hóa Turbo ..................................................................................

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xx

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ả Hình 2.6   B  gi 34        i mã Turbo .................................................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO 41                                                          ................................................

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng 43                                                                                                      ............................................................................................

ươ ờ 3.1 Ph 44        ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian  ...............................................

ệ ố ộ ầ ố  46        Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c ..................................................

ơ ồ Hình 3.2 S  đ  mã l ướ  51                                                                                                  ........................................................................................   i

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2 52                                                                          ................................................................

ướ ơ ồ ạ ớ Hình 3.4  L 53        i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2 .............................

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC 55                                                                  ........................................................

ườ ữ ẩ ẩ ế  59        Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t .........................

ộ ớ 60        Hình 3.7  B  mã hóa STTC v i 4­PSK .................................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

kênh fading Rayleigh ch mậ  64        ...................................................................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên

kênh fading Rayleigh ch mậ  65        ...................................................................................

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti 68                                                   .........................................

ủ ệ ố ớ ặ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên

kênh fading Rayleigh ch mậ  78        ...................................................................................

ủ ệ ố ơ ặ Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên

kênh fading Rayleigh ch mậ  81        ...................................................................................

ử ụ ạ ặ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng . .   83

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xxi

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ 83        thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) ...................................................

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

xxii

GVHD: Lâm H ng Th ch

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Ờ Ở Ầ L I M  Đ U

ấ ế ủ ề ệ ố ộ Các h  th ng thông tin di đ ng đang bùng n  c ổ ả 1.Tính c p thi t c a đ  tài:

ế ớ ả ở ệ ướ ủ ầ trên th  gi i và c Vi t Nam.Tr c yêu c u ngày càng cao c a ng ườ ử ụ   i s  d ng

ấ ượ ề ủ ị ụ ạ ặ ệ ị ộ thông tin di đ ng v  ch t l ng và tính đa d ng c a d ch v  và đ c bi t là các d ch

ề ữ ệ ố ộ ươ ứ ứ ụ ệ ệ ụ v  truy n d  li u t c đ  cao và đa ph ng ti n,vi c nghiên c u,  ng d ng các công

ỏ ấ ứ ệ ế ầ ậ ộ ỹ ế ngh  và k  thu t tiên ti n đáp  ng nhu c u này luôn là m t đòi h i c p thi t. Tr ướ   c

ụ ố ệ ẽ ủ ể ạ ị ướ ướ ợ ự s  phát tri n vô cùng m nh m  c a các d ch v  s  li u, tr c xu h ng tích h p và

ớ ố ớ ễ ệ ặ ầ ộ ạ   IP hoá đã đ t ra các yêu c u m i đ i v i công nghi p Vi n Thông di đ ng. M ng

ế ệ ụ ượ ắ ộ ờ ượ ủ ể thông tin di đ ng th  h  ba ra đ i đã kh c ph c đ c các nh ạ   c đi m c a các m ng

ế ệ ướ ạ ộ thông tin di đ ng th  h  tr c đó. ộ   Tuy nhiên, m ng di đ ng này cũng có m t s ộ ố

ượ ề ữ ệ ớ ư ố ộ ứ ư ể ẫ ấ nh c đi m nh : T c đ  truy n d  li u l n nh t là 2Mbps, v n ch a đáp  ng đ ượ   c

ủ ầ ườ ụ ờ ứ ả ị yêu c u ngày càng cao c a ng ự   i dùng, kh  năng đáp  ng các d ch v  th i gian th c

ư ộ ư ề ệ ấ ị ữ ệ   nh  h i ngh  truy n hình là ch a cao, r t khó trong vi c download các file d  li u

ư ứ ượ ầ ủ ườ ử ụ ớ l n,…ch a đáp  ng đ c các yêu c u c a ng i s  d ng.

ườ ể ướ ứ ệ ố ố ả Trong b i c nh đó ng i ta đã chuy n h ng sang nghiên c u h  th ng thông

Nghiên c u v  mã hoá kênh là đ  tài quan tr ng và

ứ ề ề ọ ớ ộ ọ tin di đ ng m i có tên g i là 4G.

ệ ố ờ ỳ ự ế ế ễ ấ ờ   có ý nghĩa nh t là trong th i k  các h  th ng vi n thông đang ti n đ n 4G. S  ra đ i

ợ ấ ả ụ ấ ả ở ị ủ ệ ố c a h  th ng này m  ra kh  năng tích h p t t c  các d ch v , cung c p băng thông

ượ ữ ệ ố ề ẫ ấ ớ ộ ộ r ng, dung l ng l n, truy n d n d  li u t c đ  cao, cung c p cho ng ườ ử ụ   i s  d ng

ấ ượ ữ ả ơ ồ ạ ạ nh ng hình  nh video màu ch t l ng cao, các trò ch i đ  ho  3D linh ho t, các

ứ ầ ụ ệ ể ệ ố ố ượ dich v  âm thanh s . Vi c phát tri n công ngh  giao th c đ u cu i dung l ớ   ng l n,

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

1

GVHD: Lâm H ng Th ch

ữ ệ ố ề ả ệ ự ụ ề ầ ộ các dich v  gói d  li u t c đ  cao, công ngh  d a trên n n t ng ph n m m công

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ế ươ ụ ứ ệ ậ ộ c ng mang đ n các ch ế   ng trình  ng d ng download, công ngh  truy nh p vô tuy n

ấ ượ ề ạ ộ ệ đa mode, và công ngh  mã hoá media ch t l ng cao trên n n các m ng di đ ng.

ử ụ ư ệ ể 2.Tình hình nghiên c u:ứ  Hi n nay Viettel đã đ a vào s  d ng GPRS đ  đáp

ứ ầ ử ụ ụ ữ ệ ủ ị ị ng nhu c u s  d ng các d ch v  d  li u ngày càng cao c a các thuê bao. Các d ch

ủ ế ư ủ ậ ươ ứ ụ v  ch  y u c a GPRS nh : WAP, truy nh p Internet có hai ph ng th c là truy

ụ ế ế ắ ậ ậ ị ươ ệ ự nh p gián ti p và truy nh p tr c ti p, d ch v  nh n tin đa ph ng ti n, video, xem

ả ề ụ ươ ự ế ị ạ các đo n phim t i v , xem video tr c tuy n. Ngoài ra còn có d ch v  th ạ   ng m i

ệ ử ụ ệ ạ ả ộ ộ ị đi n t di đ ng, d ch v  ngân hàng, qu ng cáo trên đi n tho i di đ ng…do giá c ướ   c

ậ ạ còn cao nên các lo i bao có thuê nh p trung bình và cao.

ụ ủ ụ ệ ằ ẩ ị ứ : M c đích c a vi c mã hóa kênh là nh m chu n b  các 3.M c đích nghiên c u

ữ ệ ữ ớ ồ ỗ ả ề lu ng d  li u sao cho v i nh ng l ắ   i x y ra trong quá trình truy n, các máy thu ch c

ể ẩ ắ ượ ự ệ ch n có th  phát hi n ra và chu n hóa l ạ ượ i đ ệ c.Công vi c này đ ệ c th c hi n hoàn

ữ ệ ự ừ ữ ệ ồ toàn thông qua quá trình tính toán s  li u d  phòn t các lu ng d  li u.Trong khi mã

ồ ướ ớ ư ừ ạ ỏ ữ ệ hóa ngu n h ng t ổ   i lo i b  các d  li u d  th a, thì mã hóa kênh làm tăng t ng

ượ ữ ệ ể ự ấ ươ ề ệ ẫ ậ ả ơ dung l ng d  li u đ  s  truy n d n đáng tin c y h n và c i thi n ch t l ị ng d ch

ế ệ ứ ự ệ ề ề ệ ộ ụ v  .Công ngh  truy n thông di đ ng th  h  th  4 là th c hi n truy n thông vô

ế ở ố ẫ ợ ệ ố ớ ố ề ằ ộ ộ tuy n ệ    t c đ  cao b ng v i t c đ  trong các h  th ng truy n d n s i quang hi n

ệ ố ề ộ ượ ự ẽ ượ ạ t i. Tuy các h  th ng truy n thông di đ ng 4G đ c d  đoán s  đ ụ c áp d ng trong

ệ ề ụ ủ ư ệ ị ượ ươ t ng lai, nh ng các công ngh  ti n thân và các d ch v  c a nó hi n đã đ c gi ớ   i

ứ ụ ề ệ ệ ớ ợ ệ ố   thi u. V i vi c tích h p Internet và các  ng d ng đa truy n thông trong các h  th ng

ế ệ ụ ề ề ễ ầ ố ộ ộ   ị vi n thông th  h  4G, yêu c u v  các d ch v  truy n thông t c đ  cao băng r ng

ổ ầ ố ẵ ị ớ ạ ể ạ ượ ố ư ngày càng tăng. Nh ng vì ph  t n s  s n có b  gi i h n nên đ  đ t đ c t c đ  d ộ ữ

ậ ử ư ứ ữ ệ ơ ỹ ỉ ệ   li u cao h n thì ch  còn cách nghiên c u và đ a ra nh ng k  thu t x  lý tín hi u

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

2

GVHD: Lâm H ng Th ch

ả ơ ệ ớ m i, hi u qu  h n.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ữ ứ ề ế ầ ụ ệ ứ Nh ng nghiên c u g n đây v  lý thuy t thông tin 4. Nhi m v  nghiên c u:

ấ ằ ế ượ ể ạ ượ ớ đã cho th y r ng các kênh vô tuy n có dung l ng l n có th  đ t đ c trong h ệ

ố ượ ự ớ th ng MIMO ( multiple­input multiple­output). Kênh MIMO đ ề   c xây d ng v i nhi u

ầ ử ở ả ướ ẫ ướ ờ space­time anten ph n t c  h ng phát l n h ng thu. Mã không gian­th i gian (

ậ ắ ộ ậ ự ế ế ệ ợ ạ ượ ằ ỹ coding) là m t t p h p các k  thu t s p x p tín hi u th c t nh m đ t đ ụ   c m c

ế ế ầ ớ ạ ượ ế ủ đích là ti n đ n g n gi i h n dung l ề ả   ng lý thuy t c a các kênh MIMO. N n t ng

ờ ượ ặ ở ủ c a mã hóa không gian­th i gian đ c đ t ra b i Tarokh, Seshadri và Calderbank vào

ự ế ợ ử ữ ệ ờ năm 1998. s  k t h p gi a mã hóa không gian­th i gian và x  lý tín hi u MIMO đã

ứ ề ấ ạ ở ộ ổ ế   ớ s m tr  thành m t ph m vi nghiên c u sôi n i nh t trong truy n thông vô tuy n.

ụ ứ ủ ệ ệ ễ ạ Lúc này, nhi m v  chính c a nghiên c u là tri t nhi u t i máy thu.

ươ ự ố ờ ứ Mã hóa không gian th i gian d a vào m i quan 5. Ph ng pháp nghiên c u:

ữ ệ ượ ở ả ề ờ ệ ươ h  t ng quan gi a các tín hi u đ c phát c  2 mi n không gian và th i gian.

ằ ươ ẽ ạ ượ ờ ộ ợ ồ ộ ợ B ng ph ng pháp này, ta s  đ t đ c đ ng th i đ  l ậ i phân t p và đ  l i mã hóa,

ạ ượ ầ ậ ổ ầ ứ ệ ả cũng có nghĩa là đ t đ c hi u qu  ph  t n cao. Các nghiên c u ban đ u t p trung

ế ế ố ụ ệ ộ ờ ở ệ ệ vào vi c thi t k  m i quan h  ph  thu c không gian­th i gian ớ    tín hi u phát v i

ạ ượ ộ ợ ộ ợ ầ ố mong mu n đ t đ c đ  l ậ i phân t p và đ  l ư i mã hóa cao. Nh ng g n đây, các

ứ ạ ướ ỉ ượ ề ờ nghiên c u l ể i chuy n sang h ệ ng tín hi u ch  đ c mã hóa trong mi n th i gian và

ượ ộ ậ ề ở đ c phát b i nhi u anten đ c l p.

ả ạ ượ ủ ề ế ề ả ế ớ là n n t ng đ  so sánh v i các mã hóa kênh 6. K t qu  đ t đ c c a đ  tài :

ể ấ ử ụ ộ ượ ổ ậ ư ữ đã s  d ng trong thông tin di đ ng 3G đ  th y đ ể c nh ng  u đi m n i b t, tính

ế ủ ướ ớ ệ ố ộ ề ấ c p thi t c a quá trình h ng t ộ i h  th ng thông tin di đ ng 4G, cho m t n n công

ệ ỹ ừ ể ậ ộ ngh  k  thu t phát tri n và đang ngày m t đi lên không ng ng.

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

3

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ề ề ồ ộ ươ N i dung đ  tài bao g m 3 ch ng : 7. N i dung đ  tài:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ệ ố ủ ự ủ ể ộ ­ Ch ng 1: S  phát tri n c a h  th ng thông tin di đ ng c a Vi ệ   t

Nam.

ươ ộ ­ Ch ng 2: Mã hóa kênh trong thông tin di đ ng

ươ ươ ấ ử ụ ­ Ch ng 3: Các ph ề ng pháp mã hóa kênh đ  xu t s  d ng trong 4G.

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

4

GVHD: Lâm H ng Th ch

ả ơ Xin chân thành c m  n !

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ

Ệ Ố

Ự

Ể

Ch

Ộ   ng 1     S  PHÁT TRI N C A H  TH NG THÔNG TIN DI Đ NG

Ệ

Ủ VI T NAM

ớ ệ ề ệ ố ộ 1.1 Gi i thi u v  các h  th ng thông tin di đ ng

ạ ầ 1.1.1  M ng thông tin đ u tiên 1G

ở ầ ệ ố ự ả ộ ọ H  th ng thông tin di đ ng 1G hay còn g i là s  kh i đ u gi n đ n. ơ  1G là chữ

Nó là

ế ắ ủ ế ệ ầ ệ ệ ạ vi t c a công ngh  đi n tho i không dây th  h  đ u tiên (1st Generation). t t

ế ố ế ệ ượ ớ ệ ầ ầ ệ ố h  th ng giao ti p thông tin qua k t n i tín hi u analog đ c gi i thi u l n đ u tiên

ữ ậ ầ ắ ử ụ vào nh ng năm đ u th p niên 80. Nó s  d ng các ăng­ten thu phát sóng g n ngoài,

ệ ớ ử ệ ậ ạ ế ố k t n i theo tín hi u analog t ạ   i các tr m thu phát sóng và nh n tín hi u x  lý tho i

ắ ộ thông qua các module g n trong máy di đ ng.

ế ệ ạ ớ ầ ỉ ừ ầ ặ ố ộ M c dù là th  h  m ng di đ ng đ u tiên v i t n s  ch  t ư    150MHz nh ng

ế ố ừ ề ẩ ạ m ng 1G cũng phân ra khá nhi u chu n k t n i theo t ng phân vùng riêng trên th ế

ớ ữ ệ ộ gi ổ ế i. M t trong nh ng công ngh  1G ph  bi n là NMT (Nordic Mobile Telephone)

ượ ử ụ ở ướ ộ ố ệ ắ đ c s  d ng các n c B c Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có m t s  công ngh  khác

ệ ố ư ệ ạ ộ ế   nh  AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – h  th ng đi n tho i di đ ng tiên ti n)

ượ ử ụ ở ỹ đ c s  d ng ệ ố    M  và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – h  th ng

ậ ổ ế ợ ượ ử ụ ở ở ứ giao ti p truy c p t ng h p) đ c s  d ng Anh, C­45 ồ  Tây Đ c, B  Đào Nha và

ở ở Nam Phi, Radiocom 2000 Pháp; và RTMI Italia.

ế ệ ộ ạ 1.1.2  M ng thông tin di đ ng th  h  2G

ệ ử ụ 1.1.2.1 Công ngh  s  d ng

ế ệ ế ố ư ả ộ Là th  h  k t n i thông tin di đ ng mang tính c i cách cũng nh  khác hoàn toàn

nó s  d ng các tín hi u k  thu t s

ế ệ ầ ệ ớ ớ ử ụ ệ ỹ so v i th  h  đ u tiên. V i công ngh  GSM , ậ ố

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

1

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ệ ủ ệ ượ ụ ầ ạ thay cho tín hi u analog c a th  h  1G và đ ầ c áp d ng l n đ u tiên t ầ i Ph n Lan

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ậ ệ ấ ạ ở b i Radiolinja (hi n là nhà cung c p m ng con c a t p đoàn Elisa Oyj) trong năm

ạ ớ ườ ử ụ ộ ợ ế 1991. M ng 2G mang t i cho ng i s  d ng di đ ng 3 l ố   ộ i ích ti n b  trong su t

ế ố ộ ậ ố ữ ệ ạ ờ ộ ỹ ơ   ạ m t th i gian dài: mã hoá d  li u theo d ng k  thu t s , ph m vi k t n i r ng h n

ặ ệ ự ủ ệ ả ả ạ ắ ấ ơ 1G và đ c bi t là s  xu t hi n c a tin nh n d ng văn b n đ n gi n – SMS. Theo

ạ ượ ậ ẽ ệ ợ ỹ ệ đó, các tin hi u tho i khi đ c thu nh n s  đu c mã hoá thành tín hi u k  thu t s ậ ố

ướ ạ ượ ư ề ề ệ ạ d i nhi u d ng mã hi u (codecs), cho phép nhi u gói mã tho i đ ể   c l u chuy n

ộ ế ệ ệ ờ trên cùng m t băng thông, ti t ki m th i gian và chi phí. Song song đó, tín hi u k ỹ

ậ ố ế ệ ề ạ ậ ồ ượ ẹ ơ thu t s  truy n nh n trong th  h  2G t o ra ngu n năng l ng sóng nh  h n và s ử

ỏ ơ ế ệ ệ ế ị ơ ụ d ng các chip thu phát nh  h n, ti t ki m di n tích bên trong thi t b  h n.

ữ ệ ượ ẩ Nh ng công ngh  2G đ c chia làm hai dòng chu n : TDMA (Time – Divison

ậ ờ Mutiple Access : Đa truy c p phân chia theo th i gian), và CDMA ( Code Divison

ứ ậ ộ Multple Access : Đa truy c p phân chia theo mã), tùy thu c vào hình th c ghép kênh

ượ ử ụ đ c s  d ng

ệ ủ ế ủ ẩ ồ Các chu n công ngh  ch  y u c a 2G bao g m:

ố ừ ộ ồ ư ượ ử ụ ­ GSM (thu c TDMA) có ngu n g c t châu Âu, nh ng đã đ c s  d ng trên

ố ở ụ ệ ẫ ị ấ ả t t c  các qu c gia 6 l c đ a. Ngày nay, công ngh  GSM v n còn đ ượ ử ụ   c s  d ng

ế ớ ệ ạ ộ ớ v i 80% đi n tho i di đ ng trên th  gi i.

ượ ọ ộ ườ ượ ọ ­ IS­95 còn đ c g i là aka cdmaOne (thu c CDMA, th ng đ ắ   c g i ng n

ạ ỹ ượ ử ụ ộ ố ủ ế ỹ ở ọ g n là CDMA t i M ) đ c s  d ng ch  y u là châu M  và m t s  vùng châu Á.

ử ụ ữ ế ả ẩ Ngày nay, nh ng thuê bao s  d ng chu n này chi m kho ng 17% trên toàn th  gi ế ớ   i.

ệ ạ ở ướ Ấ ề ấ ố ộ Hi n t i, các n ấ   c Mexico,  n Đ , Úc và Hàn Qu c có r t nhi u nhà cung c p

ể ạ ấ ạ m ng CDMA chuy n sang cung c p m ng GSM.

t

ạ ộ ư ạ ­ PDC (thu c TDMA) là m ng t nhân, i Japan.

ộ ườ ượ ọ ắ ạ ­ IS­136 aka D­AMPS (thu c TDMA th ng đ c g i t t là TDMA t ỹ   i M )

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

2

GVHD: Lâm H ng Th ch

ị ườ ừ ạ ấ ể ỹ ớ đã t ng là m ng l n nh t trên th  tr ng M  nay đã chuy n sang GSM.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ề ả ử ụ ở ạ ỳ ­ iDEN (n n t ng TDMA) s  d ng b i Nextel t i Hoa K  và Telus Mobility

ạ t i Canada.

ủ ạ ặ 1.1.2.2  Đ c tính c a m ng

Ở ậ ố ượ ử ụ ữ ệ ệ ể ệ ổ công ngh  2G tín hi u kĩ thu t s  đ ạ   c s  d ng đ  trao đ i gi a đi n tho i

ệ ả ươ ệ và các tháp phát sóng, làm tăng hi u qu  trên 2 ph ng di n chính :

ữ ệ ố ủ ể ượ ứ ấ ọ ệ ­ Th  nh t, d  li u s  c a gi ng nói có th  đ c nén và ghép kênh hi u qu ả

ờ ử ụ ứ ề ớ ề   ơ h n so v i mã hóa Analog nh  s  d ng nhi u hình th c mã hóa, cho phép nhi u

ộ ọ ượ ộ ả ầ cu c g i cùng đ c mã hóa trên m t d i băng t n.

ậ ố ượ ệ ố ứ ế ế ả ớ ượ ­ Th  hai, h  th ng kĩ thu t s  đ c thi t k  gi m b t năng l ng sóng radio

ừ ệ ờ ậ ể ạ ế ế ệ ỏ ọ ạ ồ ơ phát t đi n tho i. Nh  v y, có th  thi ờ   t k  đi n tho i 2G nh  g n h n; đ ng th i

ầ ư ữ ả gi m chi phí đ u t nh ng tháp phát sóng.

ể ể ổ ế ữ ệ ạ ở ơ H n n a, m ng 2G tr  nên ph  bi n cũng do công ngh  này có th  tri n khai

ụ ữ ệ ộ ố ị ộ ả ư ứ ậ ồ ờ m t s  d ch v  d  li u nh  Email và SMS. Đ ng th i, m c đ  b o m t cá nhân

ớ ơ cũng cao h n so v i 1G.

ệ ố ữ ượ ụ ở ể ữ ạ Tuy nhiên, h  th ng m ng 2G cũng có nh ng nh c đi m, ví d , ơ    nh ng n i

ậ ố ế ư ư ể ớ dân c  th a th t, sóng kĩ thu t s  y u có th  không t ớ ượ i đ ạ   c các tháp phát sóng. T i

ư ậ ấ ượ ữ ể ị ư ấ ượ ề nh ng đ a đi m nh  v y, ch t l ng truy n sóng cũng nh  ch t l ộ ng cu c g i s ọ ẽ

ể ị ả b  gi m đáng k .

ế ệ ộ ạ 1.1.3  M ng thông tin di đ ng th  h  2.5G

ệ ử ụ 1.1.3.1 Công ngh  s  d ng

ướ ệ ệ ệ ữ ạ ớ 2,5G chính là b c đ m gi a 2G v i 3G trong công ngh  đi n tho i không dây.

ữ ố ể ượ ệ ạ ượ Ch  s  2.5G chính là bi u t ng cho vi c m ng 2G đ ể   ị ệ ố c trang b  h  th ng chuy n

ệ ố ể ề ạ ạ ố ạ m ch gói bên c nh h  th ng chuy n m ch theo kênh truy n th ng. Nó không đ ượ   c

ứ ở ấ ỳ ạ ổ ụ ứ ị đ nh nghĩa chính th c b i b t k  nhà m ng hay t ỉ  ch c nào và ch  mang m c đích

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

3

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ớ ế ạ ấ ị duy nh t là ti p th  công ngh  m i theo m ng 2G.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ạ ặ 1.1.3.2 Đ c tính c a m ng

ộ ố ợ ấ ạ ươ ự ạ ể M ng 2.5G cung c p m t s  l i ích t ng t m ng 3G và có th  dùng c  s ơ ở

ủ ế ạ ạ ẵ ạ ầ h  t ng có s n c a các nhà m ng 2G trong các m ng GSM và CDMA. Và ti n b ộ

ệ ế ố ự ữ ệ ư ể ế ấ duy nh t chính là GPRS ­ công ngh  k t n i tr c tuy n, l u chuy n d  li u đ ượ   c

ụ ễ ạ ấ ở ộ ị ứ   dùng b i các nhà cung c p d ch v  vi n thông GSM. Bên c nh đó, m t vài giao th c,

ư ẳ ạ ể ạ   ch ng h n nh  EDGE cho GSM và CDMA2000 1x­RTT cho CDMA, có th  đ t

ượ ấ ượ ụ ơ ả ộ ố ư ầ ở ị đ c ch t l ng g n nh  các d ch v  c  b n 3G (b i vì chúng dùng m t t c đ ộ

ữ ệ ư ề ẫ ượ ư ụ ị truy n d  li u chung là 144 kbit/s), nh ng v n đ ặ   c xem nh  là d ch v  2.5G (ho c

ứ ạ ớ ị ụ ẻ ậ ầ ơ ở ơ là nghe có v  ph c t p h n là 2.75G) b i vì nó ch m h n vài l n so v i d ch v  3G

ự ự th c s .

ọ * EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), hay còn g i là EGPRS, là

ệ ộ ộ ượ ấ ừ ự ệ ề m t công ngh  di đ ng đ c nâng c p t ớ ố    GPRS ­ cho phép truy n d  li u v i t c

ế ể ườ ố ị ể ộ đ  có th  lên đ n 384 kbit/s dành cho ng ậ   ặ i dùng c  đ nh ho c di chuy n ch m,

ườ ớ ố ộ ể ườ ế ế 144kbit/s cho ng i dùng di chuy n v i t c đ  cao. Trên đ ng ti n đ n 3G, EDGE

ượ ế ế ự ế ư ệ ề ế ạ đ c bi t đ n nh  là công ngh  2.75G. Th c t bên c nh đi u ch  GMSK, EDGE

ươ ộ ữ ệ ứ ề ể ề ế dùng ph ố ng th c đi u ch  8­PSK đ  tăng t c đ  d  li u truy n. Chính vì th , đ ế ể

ể ạ ạ ả ấ ổ tri n khai EDGE, các nhà cung c p m ng ph i thay đ i tr m phát sóng BTS cũng

ư ế ị ạ ộ nh  là thi ớ t b  di đ ng so v i m ng GPRS.

ộ ạ ươ 1.1.4  M ng thông tin di đ ng đ ạ ng đ i 3G

ệ ử ụ 1.1.4.1 Công ngh  s  d ng

ế ệ ướ ế ệ ế ề ẳ ộ ơ ứ Là th  h  truy n thông di đ ng th  ba, tiên ti n h n h n các th  h  tr c đó.

ườ ề ả ả ữ ệ ữ ệ ạ Nó cho phép ng ộ i dùng di đ ng truy n t ạ   i c  d  li u tho i và d  li u ngoài tho i

,…). Hệ

ả ữ ệ ử ắ ả (t i d  li u, g i email, tin nh n nhanh, hình  nh, âm thanh, video clips...).

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

4

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ ệ ố ậ ạ ầ ộ ố ệ   th ng 3G yêu c u m t m ng truy c p radio hoàn toàn khác so v i h  th ng 2G hi n

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ọ ị ườ ượ ả ụ ủ nay. Trong các d ch v  c a 3G, cu c g i video th ng đ c mô t ư ộ ị  nh  m t d ch v ụ

ể ọ ủ ự tr ng tâm c a s  phát tri n.

ượ ư ủ ế ắ ộ ệ Công ngh  3G cũng đ ổ ứ   ẩ c nh c đ n nh  là m t chu n IMT­2000 c a T  ch c

ế ớ ễ ầ ượ ự ế ẩ ấ ộ ố Vi n thông Th  gi i (ITU). Ban đ u 3G đ c d  ki n là m t chu n th ng nh t trên

ế ớ ự ế ư ế ớ ầ ị ệ th  gi i, nh ng trên th c t , th  gi i 3G đã b  chia thành 4 ph n riêng bi t:

­ UMTS (W­CDMA)

ự * UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), d a trên công ngh ệ

ế ậ ả ớ truy c p vô tuy n W­CDMA, là gi ợ i pháp nói chung thích h p v i các nhà khai thác

ủ ế ở ử ụ ụ ậ ộ ị d ch v  di đ ng (Mobile network operator) s  d ng GSM, t p trung ch  y u châu

ầ ộ ệ ượ Âu và m t ph n châu Á (trong đó có Vi t Nam). UMTS đ ẩ c tiêu chu n hóa b i t ở ổ

ứ ổ ứ ệ ẩ ị ị ch c 3GPP, cũng là t ch c ch u trách nhi m đ nh nghĩa chu n cho GSM, GPRS và

EDGE.

ự ệ ễ ậ ả ở * FOMA, th c hi n b i công ty vi n thông NTT DoCoMo Nh t B n năm

ượ ộ ị ụ ươ ư ự ầ ạ 2001, đ c coi nh  là m t d ch v  th ng m i 3G đ u tiên. Tuy là d a trên công

ư ệ ệ ẫ ươ ặ ớ ngh  W­CDMA, nh ng công ngh  này v n không t ng thích v i UMTS (m c dù

ướ ờ ể ổ ạ ệ ế có các b c ti p hi n th i đ  thay đ i l ế i tình th  này).

­ CDMA 2000

ế ệ ế ế ủ ề ẩ ấ ủ   * Là th  h  k  ti p c a các chu n 2G CDMA và IS­95. Các đ  xu t c a

ượ ư ụ ả ổ ạ CDMA2000 đ c đ a ra bàn th o và áp d ng bên ngoài khuôn kh  GSM t ỹ   i M ,

ậ ả ố ượ ộ ổ ả ở ứ Nh t B n và Hàn Qu c. CDMA2000 đ c qu n lý b i 3GPP2 – m t t ộ    ch c đ c

ệ ề ề ớ ậ l p v i 3GPP. Và đã có nhi u công ngh  truy n thông khác nhau đ ượ ử ụ   c s  d ng

ồ trong CDMA2000 bao g m 1xRTT, CDMA2000­1xEV­DO và 1xEV­DV.

ấ ố ộ ữ ừ ớ * CDMA 2000 cung c p t c đ  d  liêu t 144 kbit/s t ẩ   i trên 3 Mbit/s. Chu n

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

5

GVHD: Lâm H ng Th ch

ượ ấ ở này đã đ ậ c ch p nh n b i ITU.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ườ ấ ủ ự ạ ằ ờ * Ng i ta cho r ng s  ra đ i thành công nh t c a m ng CDMA­2000 là t ạ   i

ủ ả ậ ướ ươ ớ ơ ệ ệ KDDI c a Nh n B n, d i th ng hi u AU v i h n 20 tri u thuê bao 3G. K  t ể ừ

ấ ừ ạ ạ năm 2003, KDDI đã nâng c p t m ng CDMA2000­1x lên m ng CDMA2000­1xEV­

ộ ữ ệ ớ ớ ố ấ ạ ộ ố DO v i t c đ  d  li u t i 2.4 Mbit/s. Năm 2006, AU nâng c p m ng lên t c đ  3.6

ủ ụ ầ ố ị ư Mbit/s. SK Telecom c a Hàn Qu c đã đ a ra d ch v  CDMA2000­1x đ u tiên năm

ạ 2000, và sau đó là m ng 1xEV­DO vào tháng 2 năm 2002.

­ TD­SCDMA

ượ ượ ế ế ơ ượ ẩ Chu n đ c ít đ c bi t đ n h n là TD­SCDMA, đ ể c phát tri n riêng t ạ   i

ố ở Trung Qu c b i công ty Datang và Siemens.

­ Wideband CDMA

ỗ ợ ố ộ ữ ứ ượ ộ H  tr  t c đ  gi a 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Giao th c này đ ạ   c dùng trong m t m ng

ệ ộ ộ ố ố ụ ạ ộ di n r ng WAN, t c đ  t i đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong m t m ng c c b ộ

ố ộ ố ẩ ỉ ượ ở LAN, t c đ  t i đa ch  là 1,8 Mbit/s. Chu n này cũng đ ậ c công nh n b i ITU.

ủ ạ ặ 1.1.4.2 Đ c tính c a m ng

ụ ủ ệ ạ ố ị ườ ượ ả Trong s  các d ch v  c a 3G, đi n tho i video th ng đ c miêu t ư  nh  là lá

ấ ắ ạ ầ ố ệ ướ ộ ơ ờ ầ c  đ u. Giá t n s  cho công ngh  3G r t đ t t ề i nhi u n c, n i mà các cu c bán

ầ ố ạ ỷ ở ầ đ u giá t n s  mang l i hàng t ả   ủ  Euro cho các chính ph . B i vì chi phí cho b n

ầ ố ề ề ề ả ả ướ quy n v  các t n s  ph i trang tr i trong nhi u năm tr c khi các thu nh p t ậ ừ ạ    m ng

ạ ố ượ ầ ư ố ồ ế ể 3G đem l ộ i, nên m t kh i l ng v n đ u t ổ  kh ng l ầ  là c n thi ự   t đ  xây d ng

ụ ễ ề ề ạ ấ ơ ị m ng 3G. Nhi u nhà cung c p d ch v  vi n thông đã r i vào khó khăn v  tài chính

ề ậ ễ ệ ể ạ ạ ướ ạ và đi u này đã làm ch m tr vi c tri n khai m ng 3G t ề i nhi u n c ngo i tr ừ

ề ầ ề ả ố ượ ầ ậ ả ố ơ ỏ Nh t B n và Hàn Qu c, n i yêu c u v  b n quy n t n s  đ c b  qua do phát

ể ạ ố ượ ặ ề ư ấ ấ ơ ở tri n h  tâng c  s  IT qu c gia đ c đ t lên làm v n đ   u tiên nh t. Và cũng chính

ậ ả ướ ầ ư ươ ạ ộ ộ Nh t B n là n c đ u tiên đ a 3G vào khai thác th ng m i m t cách r ng rãi, tiên

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

6

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ả ạ ở phong b i nhà m ng NTT DoCoMo. Tính đ n năm 2005, kho ng 40% các thuê bao

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ầ ạ ầ ả ậ ạ t ề   i Nh t B n là thuê bao 3G, và m ng 2G đang d n d n đi vào lãng quên trong ti m

ệ ạ ứ ậ ả th c công ngh  t i Nh t B n.

ộ ệ ươ 1.2 Công ngh  thông tin di đ ng t ng lai

ệ ươ ủ ươ ệ ộ 4G là công   ngh  đa ph ng ti n di đ ng c a t ng lai. Đây là công ngh ệ

ế ệ ứ ề ả ữ ệ ớ ố ộ ố ề truy n thông không dây th  h  th  4, cho phép truy n t i d  li u v i t c đ  t i đa

ệ ề ưở ớ ư ự ở ộ trong đi u ki n lý t ng t ủ   i 1­1,5 GB/s. NTT Docomo xem 4G nh  s  m  r ng c a

ạ ộ ế ứ ủ ầ m ng thông tin di đ ng t bào 3G. Các nghiên c u đ u tiên c a NTT DoCoMo cho

ế ậ ữ ệ ớ ố ộ ể ệ ể ạ bi t, đi n tho i 4G có th  nh n d  li u v i t c đ  100 Mbit/s khi di chuy n và t ớ   i 1

ứ ư ườ ử ụ ể ả Gbit/s khi đ ng yên, cũng nh  cho phép ng i s  d ng có th  t ề i và truy n lên các

ấ ượ ả ệ ạ ủ ạ ạ hình  nh, video clips ch t l ệ ng cao. M ng đi n tho i 3G hi n t i c a DoCoMo có

ộ ả ữ ệ ớ ố ề ộ ố t c đ  t i là 384 Kbit/s và truy n d  li u lên v i t c đ  129 Kbit/s. NTT DoCoMo

ể ư ẽ ạ ọ cũng hy v ng trong vòng 2010 ­ 2012 s  có th  đ a m ng 4G vào kinh doanh. .Quan

ể ượ ư ẽ ể ạ ộ đi m này đ ế c xem nh  là m t “quan đi m tuy n tính”, trong đó m ng 4G s  có

ế ượ ả ế ứ ể ố ớ ộ ấ c u trúc t bào đ c c i ti n đ  cung  ng t c đ  lên trên 100 MB/s. V i cách nhìn

ẽ ậ ạ nh n này, 4G s  chính là m ng 3G LTE, UMB hay WiMAX 802.16m.

ệ ố ướ ế 1.2.1 H ng đ n h  th ng 4G

ả ế ề ố ộ ữ ệ ụ ứ ự ả Các gi thi t v  t c đ  d  li u là m c đích cho s  nghiên c u và kh o sát trên

ệ ơ ở ầ ế ể ự ệ ễ ầ ả ỹ các công ngh  c  s  c n thi t đ  th c hi n vi n c nh đó. Yêu c u k  thu t h ậ ệ

ố ả ủ ự ẽ ự ứ ế ả th ng và thi ế ế ươ t k  t ng lai s  d a vào các k t qu  c a s  nghiên c u và kh o sát

ộ ữ ệ ầ ố ẽ ầ ả ổ ớ   ổ ầ này. Do yêu c u t c đ  d  li u cao, ph  t n b  sung s  c n cho các kh  năng m i

ộ ữ ệ ở ộ ề ố ấ ự ế   ụ ủ ệ ố c a h  th ng IMT­2000 m  r ng. Các m c tiêu v  t c đ  d  li u cho th y s  ti n

ị ượ ợ ẽ ạ ượ ở ế ệ ộ b  trong công ngh  và các giá tr  này đ c mong đ i s  đ t đ ộ ủ   c b i ti n đ  c a

ớ ủ ứ ệ ể ả ả ờ công ngh  trong kho ng th i gian nghiên c u và phát tri n kh  năng m i c a các h ệ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

7

GVHD: Lâm H ng Th ch

ở ộ ố th ng IMT­2000 m  r ng.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ớ ự ể ươ ệ ố ủ Cùng v i s  phát tri n trong t ng lai c a IMT­2000 và các h  th ng IMT­

ở ộ ữ ẽ ệ ệ ậ ộ ố ế   2000 m  r ng. S  có m t m i quan h  ngày càng tăng gi a vi c truy nh p vô tuy n

ư ạ ệ ố ụ ạ ả ố và các h  th ng thông tin liên l c, ví d  nh  m ng WPAN, LAN, qu ng bá s  và

ề ị ố ị ụ ự ầ ậ ượ ạ truy nh p không dây c  đ nh. D a vào các yêu c u v  d ch  v  đã đ c v ch ra, d ự

ư ượ ệ ệ ậ ấ tính l u l ế ng và công ngh  truy nh p vô tuy n, ITU­R làm vi c trên c u trúc h ệ

ố ươ ừ ế ườ ợ ề th ng ti m năng, t ứ ng  ng  t hình 1.1 đ n hình 1.3. Trong tr ng  h p  này, tính

≈ ẽ ượ ậ ố ộ ằ ộ ư ộ l u đ ng ch m s  đ c tính b ng t c đ  đi b  ( ư ộ  3km/h), tính l u đ ng trung bình

≈ ớ ố ứ ộ ố ộ ươ t ng  ng v i t c đ  xe ôtô trong thành ph  ( ư  50­60km/h), l u đ ng nhanh t ươ   ng

≈ ứ ườ ử ố ộ ặ ố ớ ố ộ ng v i t c đ  trên đ ng cao t c ho c xe l a t c đ  cao ( ế  60km/h đ n 250km/h

ặ ơ ữ ho c h n n a).

ề ơ ả ộ ư ế ộ ướ ệ ố ế Đ  l u đ ng v  c  b n cũng liên quan đ n kích th c cell trong h  th ng t bào,

ư ả ướ ộ ệ ố ủ ệ ố cũng nh  kh  năng c a h  th ng. Nói chung, kích th c cell trong m t h  th ng t ế

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

8

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ộ ư ộ ể ả ả ớ ơ ả ể ạ bào ph i l n h n m t đ  l u đ ng cao nào đó đ  gi m t i chuy n giao trong m ng.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

9

GVHD: Lâm H ng Th ch

ự ủ ệ ố ở ộ Hình 1.1  Năng l c c a các h  th ng  3G m  r ng.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ ươ ệ ố ậ ấ ồ ố Hình 1.2  M ng t ề ng lai th ng nh t, bao g m nhi u  h  th ng  truy nh p đan xen

nhau

ừ ễ ệ ố ẽ ắ ủ ẩ ầ ả ớ   T  vi n c nh c a ngày hôm nay, ITU­R s  b t  đ u chu n hóa h  th ng, v i

ầ ượ ướ ệ ố ể ầ các băng t n đã đ ị c xác đ nh và b c đ u tri n khai các h  th ng IMT­2000 m ở

ệ ố ậ ươ ữ ẽ ệ ồ ộ r ng sau năm 2010. H  th ng truy nh p t ng lai s  bao g m nh ng công ngh  truy

ở ộ ệ ế ậ ậ ẵ ớ ẽ ạ   nh p m  r ng và s n có. Ngoài ra, các công ngh  truy nh p vô tuy n m i s  đ t

ượ ố ộ ữ ệ ư ậ ấ ộ đ c t c đ    d  li u cao cho truy nh p không dây có tính l u đ ng th p và cho

ườ ợ ế ầ ố ộ ữ ệ ư ộ ớ ườ tr ng h p t bào v i tính l u đ ng cao. Yêu  c u t c đ  d  li u cho tr ng h p t ợ ế

ứ ớ ủ ổ ầ ươ ệ ễ ả ộ ớ bào là m t  thách th c l n c a vi n c nh công ngh  cùng v i ph  t n t ng lai s ẽ

ượ ử ụ đ c s  d ng.

ể ơ ượ ề ệ ố 1.2.2 Tìm hi u s  l c v  h  th ng 4G

ệ ố ệ ế ế ộ ượ ể ả ặ Vi c ti n đ n h  th ng thông tin di đ ng 4G đ c đ t ra đ  gi ế i quy t các

ề ẫ ồ ạ ở ệ ố ứ ể ấ ả ấ v n đ  v n còn t n t ộ    h  th ng 3G và cũng đ  cung c p kh  năng đáp  ng r ng i

ụ ớ ừ ị ấ ượ ạ ế ộ ả cho các d ch v  m i, t tho i ch t l ề ng cao đ n truy n hình đ  phân gi i cao, cho

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

10

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ữ ệ ế ố ữ ậ ượ ử ụ ớ ế đ n các kênh vô tuy n t c đ  d  li u cao. Thu t ng  4G đ ộ   c s  d ng v i m t ý

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ủ ề ậ ạ ồ ộ nghĩa r ng bao g m các lo i khác nhau c a h  th ng truy n thông truy nh p vô

ệ ố ạ ế ệ ế ộ ộ ỉ tuy n băng r ng, không ch  riêng h  th ng đi n tho i t ậ    bào. M t trong các thu t

ữ ượ ả ề ộ ng  cũng đ ể c dùng đ  miêu t 4G đó là MAGIC – đa truy n thông di đ ng (Mobile

ỗ ợ ư ọ ơ ầ ọ ộ multimedia), m i lúc m i n i (Anytime anywhere), h  tr  l u đ ng toàn c u (Global

ả ế ợ ị mobility support), gi i pháp vô tuy n tích h p (Integrated  wireless solution), và d ch

ệ ố ụ v  thuê bao cá nhân (Customized personal service). H  th ng 4G không ch  s  h  tr ỉ ẽ ỗ ợ

ế ố ị ỗ ợ ế ệ ụ ạ ộ ị các d ch v  di đ ng th  h  sau mà còn h  tr  cho các m ng vô tuy n c  đ nh.

ế ế ệ ố ụ 1.2.3 M c tiêu thi t k  h  th ng thông tin 4G

1.2.4.1 Thông tin băng r ng ộ

ừ ướ ư ượ ế ủ ế ạ ẫ ộ T  tr c đ n nay, l u l ư   ng trên m ng thông tin di đ ng v n ch  y u là l u

ệ ố ệ ố ế ệ ạ ế ố ượ l ng tho i. H  th ng th  h  2G, h  th ng t bào s  cá nhân PDC (Personal Digital

ớ ụ ụ ữ ệ ị ị ượ Cellular) đã gi i thi u các d ch v  I­mode. Nh ng d ch v  đang đ ệ   ổ ế c ph  bi n hi n

ư ậ ươ ệ ử ụ ữ nay nh : truy c p Internet, th ạ ng m i đi n t ủ ế   ị , e­mail. Nh ng d ch v  này ch  y u

ữ ệ ự ạ ả ế ệ ố ề là thông tin d  li u d a trên văn b n qua m ng t ấ    bào. H  th ng IMT­2000 đ  xu t

ụ ố ộ ữ ị ừ ế ố ệ nh ng d ch v  t c đ  cao t 64 đ n 384 kbit/s, và t ỷ ệ ư ượ  l u l l ạ   ng s  li u trên tho i

ự ư ụ ủ ể ạ ộ ị tăng  lên.   Tuy   nhiên,   s   phát  tri n  m nh  c a   các   d ch  v   băng  r ng  nh   ADSL

ệ ố ậ ạ   (Asymmetric Digital Subscriber Line), các h  th ng truy nh p cáp quang, các m ng

ầ ử ụ ụ ươ ơ ị ồ LAN c  quan, gia đình đã làm tăng nhu c u s  d ng các d ch v  t ủ   ng đ ng c a

ạ ộ m ng thông tin di đ ng.

1.2.4.2  Chi phí th pấ

ổ ấ ụ ể ề ể ộ ị ạ   Khi các d ch v  băng r ng phát tri n, các thuê bao có th  trao đ i r t nhi u lo i

ọ ạ ớ ả ả ộ thông tin v i nhau, tuy nhiên h  l ẵ i không s n s ng tr m t chi phí quá cao cho

ậ ầ ư ậ ề ả ả ổ ướ ủ ượ l ng thông tin trao đ i quá nhi u nh  v y. Vì v y c n ph i gi m giá c c c a các

ụ ấ ằ ặ ố ơ ướ ủ ụ ệ ạ ị d ch v  xu ng b ng ho c th p h n giá c ị c c a các d ch v  hi n t ệ ố   i. H  th ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

11

GVHD: Lâm H ng Th ch

ứ ướ ả ứ ươ IMT­2000 đã gi m m c c ư c tính theo bít và đ a ra các m c giá t ấ   ố ng đ i th p,

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ư ứ ậ ỏ ộ ớ ộ ấ   nh ng h  th ng 4G đòi h i m t kênh băng thông r ng v i m c giá th m chí th p

ư ứ ơ h n m c giá theo bit mà IMT­2000 đ a ra.

ề ỹ ữ ệ ế ế ậ ấ Hình 1.3  Nh ng v n đ  k  thu t liên quan đ n công ngh  vô tuy n

ủ ộ 1.2.4.3  Vùng ph  sóng r ng

ọ ơ ữ ủ ặ ắ ặ ộ ộ ọ   M t trong nh ng đ c tính c a thông tin di đ ng là có m t kh p m i n i m i

ể ủ ữ ự ả ộ ọ lúc. Nh ng kh  năng này cũng là m t tiêu chí quan tr ng cho s  phát tri n c a thông

ộ ươ ộ ệ ố ớ ầ ượ ớ ệ tin di đ ng trong t ng lai. Khi m t h  th ng m i đ u tiên đ c gi i thi u thì nói

ư ạ ủ ệ ệ ấ ấ ộ ộ chung r t khó khăn trong vi c cung c p m t vùng ph  sóng r ng nh  m ng hi n có,

ẽ ế ị ầ ọ ị ớ ạ ớ ế ố và khách hàng s  không mua các thi t b  đ u cu i m i n u h  b  gi i h n vùng ph ủ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

12

GVHD: Lâm H ng Th ch

sóng

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ễ ử ụ ụ ạ ị 1.2.4.4  D ch v  đa d ng và d  s  d ng

ố ượ ử ụ ấ ấ ạ ộ Đ i t ng s  d ng thông tin di đ ng r t đa d ng và r t khác nhau. Trong

ệ ố ứ ể ẩ ấ ọ ươ t ể   ng lai, chúng ta hy v ng có th  nâng cao ph m ch t và ch c năng h  th ng đ  có

ụ ụ ể ề ề ạ ấ ạ ỉ ị ị ố   th  cung c p nhi u lo i hình d ch v , không ch  là các d ch v  tho i truy n th ng

ế ấ ả ủ ề ườ mà còn truy n các thông tin liên quan đ n t t c  năm giác quan c a con ng i. Và

ả ễ ử ụ ụ ễ ễ ặ ị ế ố   thuê bao ph i d  dàng s  d ng các d ch v  này (d  dàng cài đ t, d  dàng k t n i,

…).

ố ộ ề ẫ 1.2.4.5  T c đ  truy n d n

ố ượ ử ụ ạ ấ ấ ộ Đ i t ng s  d ng thông tin di đ ng r t đa d ng và r t khác nhau. Trong

ệ ố ứ ể ẩ ấ ọ ươ t ể   ng lai, chúng ta hy v ng có th  nâng cao ph m ch t và ch c năng h  th ng đ  có

ụ ụ ể ề ề ạ ạ ấ ỉ ị ị ố   th  cung c p nhi u lo i hình d ch v , không ch  là các d ch v  tho i truy n th ng

ế ấ ả ủ ề ườ mà còn truy n các thông tin liên quan đ n t t c  năm giác quan c a con ng i. Và

ả ễ ử ụ ụ ễ ễ ặ ị ế ố   thuê bao ph i d  dàng s  d ng các d ch v  này (d  dàng cài đ t, d  dàng k t n i,

…).

ụ ế ế ệ ố ữ ể ầ M c tiêu thi t k  h  th ng đ  đáp nh ng yêu c u trên đây. Coi thông tin d ữ

ấ ố ệ ố ụ ệ ề ả ẫ ộ ị li u và video là d ch v  chính, h  th ng 4G ph i cung c p t c đ  truy n d n cao

ượ ả ề ố ượ ơ ớ ư ượ ớ ơ h n v i dung l ng l n h n (c  v  s  l ng thuê bao là l u l ng) IMT­2000.

ấ ượ ệ ộ ố ề ạ ẫ Hi n nay, coi t c đ  chính là ch t l ng truy n d n, m ng LAN đ t đ ạ ượ ố   c t c

ạ ượ ế ạ ộ ừ đ  t ố ộ ủ  10 đ n 100 Mbit/s, và t c đ  c a m ng ADSL cũng đ t đ ụ   c 2­3 Mbit/s. M c

ế ế ệ ố ố ớ ộ ấ ộ ỉ tiêu thi ạ ố t k  h  th ng thông tin di đ ng là đ t t c đ  x p x  100 Mbit/s đ i v i môi

ườ ờ ớ ườ ẽ ỗ tr ỡ ng ngoài tr i và c  Gbit/s v i môi tr ạ   ng trong nhà. S  không có ch  cho m ng

ế ệ ớ ế ầ ố ộ ớ ấ ộ ơ ố thông tin di đ ng th  h  m i n u không có t c đ  l n h n ít nh t 10 l n t c đ ộ

ệ ạ ủ ể ả ữ ự ờ ế ị ầ hi n t i c a IMT­2000. Đ  đ m thông tin th i gian th c gi a các thi ố   t b  đ u cu i

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

13

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ố ớ ầ ễ ề ả ẫ ả ờ ố ướ ớ v i nhau thì h  th ng m i c n ph i gi m th i gian tr  truy n d n xu ng d i 50

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ả ử ằ ụ ươ ẽ ự ề ẫ ms. Gi ị  s  r ng các d ch v  trong t ng lai s  d a trên truy n d n IP (Internet

ệ ề ế ẫ ạ ầ ả ả ế   Protocol), hi u qu  truy n d n gói IP qua m ng vô tuy n cũng c n ph i tính đ n.

ệ ố ệ ạ ớ ượ ả ả ễ ẫ ả H  th ng m i bên c nh vi c nâng cao dung l ng truy n d n ph i đ m b o đ ượ   c

ệ ề ẫ ả ả ằ ả ố vi c gi m chi phí. Chi phí tính trên 1 bít truy n d n ph i gi m xu ng b ng 1/10

ệ ạ ằ ặ ế ị ạ ầ ứ ho c 1/100 m c chi phí hi n t ả i b ng cách gi m chi phí thi t b  h  t ng, chi phí

ạ ộ ự ụ ề ậ ậ ho t đ ng và chi phí xây d ng. M c tiêu thi ế ế ượ t k  đ c đ  c p trên đây t p trung

ấ ố ơ ụ ệ ạ ữ ẩ ị ử ụ ễ ụ vào nh ng d ch v  có ph m ch t t ị t h n các d ch v  hi n t i, và d  dàng s  d ng.

ị ườ ữ ề ả ư ụ ị Đi u mà nh ng nhà đi tiên phong trong th  tr ầ ng d ch v  4G c n ph i l u ý là kh ả

ớ ệ ố ệ ố ữ ế ợ ự   năng tích h p h  th ng LAN không dây trong nhà v i h  th ng h u tuy n và th c

ụ ớ ệ ể ắ ờ ị hi n tri n khai các d ch v  m i trong th i gian ng n.

ấ ề ơ ả ệ ố ữ ấ 1.2.4  Nh ng v n đ  c  b n trong c u hình h  th ng 4G

ậ ầ ề ỹ ấ ế ố ớ ế ệ ể ạ ộ V n đ  k  thu t c n thi t đ i v i m ng thông tin di đ ng th  h  4G đ  đáp

ứ ầ ượ ữ ở ầ ượ ng nh ng yêu c u đ c nêu ra ph n trên đ c trình bày trên hình 1.7.

ượ ố ộ ề ẫ ớ 1.2.5.1. Dung l ng l n và t c đ  truy n d n cao

ể ậ ộ IMT­2000 đã tri n khai đa truy nh p theo mã băng r ng WCDMA (Wideband

ạ ượ ố ộ ầ ớ Code Division Multiple Access) và đ t đ ộ ộ   c t c đ  2Mbit/s v i băng t n có đ  r ng

ệ ể ề ế ậ ỹ ả ề ế 5 MHz. Ngày nay, vi c phát tri n k  thu t đi u ch  và gi i đi u ch  thích nghi đa

ạ ấ ề ẫ ầ ố ộ ớ ộ ỉ ớ l p cho phép t c đ  truy n d n đ t x p x  10 Mbit/s v i cùng m t băng t n s ử

ể ạ ượ ố ộ ẫ ừ ề ế ầ ụ d ng. Đ  đ t đ c t c đ  truy n d n t ả    100 Mbit/s đ n 1 Gbit/s, chúng ta c n ph i

ầ ớ ệ ố ề ề ẫ ơ ớ ợ ớ ẫ   ử ụ s  d ng băng t n l n h n và các h  th ng truy n d n m i phù h p v i truy n d n

ố ộ t c đ  cao.

ệ ố ố ớ ữ ệ ế ậ ẽ ầ Đ i v i thông tin d  li u, chúng ta s  c n h  th ng truy nh p vô tuy n có th ể

ả ầ ủ ủ ệ ệ ề ẫ ọ truy n d n gói tin hi u qu . T m quan tr ng c a vi c ph  sóng trong nhà đã thúc

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

14

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ể ả ướ ể ử ụ ả ẩ đ y các công ngh  ph i phát tri n theo h ng có th  s  d ng cho c  môi tr ườ   ng

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ề ờ ượ ữ truy n sóng trong nhà và ngoài tr i. Đ  có đ ề   ầ ộ c nh ng băng t n r ng cho truy n

ầ ư ượ ứ ộ ạ ẫ ố d n t c đ  cao và đáp  ng nhu c u l u l ả   ng tho i đang tăng cao, chúng ta ph i

ầ ử ạ ể ế ầ ầ ớ ế quan tâm đ n các băng t n m i, và phát tri n các ph n t m ng c n thi ư t nh  các

ộ ọ ữ ế ề ầ ạ ộ b  khu ch đ i, các b  l c và tính toán suy hao truy n sóng cho nh ng băng t n này.

ứ ể ệ ớ ả ử ụ ả Cùng v i đó vi c nghiên c u phát tri n các gi ệ i pháp s  d ng hi u qu  tài nguyên

ấ ầ ổ ầ ạ ế ế ph  t n h n ch  cũng r t c n thi t.

ế ố ự ệ ạ 1.2.5.3 K t n i m ng d a trên công ngh  IP

ệ ố ử ụ ữ ệ ể ặ ộ ớ ả   M t bi n pháp đ  cho nh ng thuê bao s  d ng h  th ng m i không g p ph i

ả ả ề ề ủ ả ế ị ầ ố ấ v n đ  v  vùng ph  sóng là ph i đ m b o các thi ớ t b  đ u cu i m i ph i h  tr  đ ả ỗ ợ ể

ả ệ ố ạ ộ ệ ố ả ặ ớ ế   ho t đ ng trên c  h  th ng cũ và h  th ng m i. M t khác, chúng ta ph i tính đ n

ố ế ả ế ị ầ ả ượ ố ỗ ợ ể kh  năng roaming qu c t ộ , m t thi t b  đ u cu i ph i đ c h  tr ạ ộ    đ  ho t đ ng

ờ ử ụ ệ ố ệ ề trên nhi u h  th ng nh  s  d ng công ngh  SDR ( Softwave Defined Radio). V iớ

ế ị ầ ạ ộ ể ề ầ ố ệ công ngh  này, thi t b  đ u cu i có th  ho t đ ng trên nhi u băng t n khác nhau

ự ữ ạ ố ộ ơ ủ c a các qu c gia và khu v c khác nhau. H n n a, m ng thông tin di đ ng trong

ề ả ớ ươ ớ ấ ứ ậ ươ t ợ ng lai ph i tích h p v i nhi u ph ề   ng th c truy nh p khác nhau, v i r t nhi u

ế ố ự ệ ạ ậ ạ ả ế   lo i cell có các kh  năng k t n i liên m ng d a trên công ngh  IP. Chính vì v y, k t

ệ ố ữ ể ậ ầ ầ ạ ộ ố n i liên m ng và chuy n giao gi a các h  th ng truy nh p là m t yêu c u c n thi ế   t

ộ ộ ữ ể ề ạ ầ ả ngoài yêu c u v  kh  năng chuy n giao và roaming n i b  và gi a hai m ng thông

ớ ộ tin di đ ng v i nhau.

ệ ố ự ấ 1.2.5.4  C u hình h  th ng d a trên IP

ệ ố ả ượ ể ế ố ớ ề ẫ ạ ấ H  th ng 4G ph i đ ệ   c c u hình đ  k t n i v i m ng IP, truy n d n hi u

ồ ạ ớ ệ ố ư ậ ạ ả qu  các gói IP, cùng t n t i v i các h  th ng truy nh p khác, linh ho t khi đ a vào

ở ộ ầ ạ ả khai thác, có kh  năng m  r ng khi c n, … Các m ng IP cũng có th  k t n i d ể ế ố ễ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

15

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ố ệ ố ế ậ ặ ợ ớ ơ dàng ho c phù h p v i các h  th ng truy nh p vô tuy n khác h n các h  th ng 4G.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ế ậ ẽ ượ ế ố ớ Đi m truy nh p vô tuy n 4G ( 4G­AP­4G Access Point) s  đ c k t n i v i m t b ộ ộ

ế ậ ứ ư ị đ nh tuy n truy nh p AR ( Access Router) nh  trên Hình 1.4. 4G­AP có các ch c năng

ể ề ề ế ể ẫ ế ị đi u khi n truy n d n vô tuy n, chuy n giao, … cho phép các thi ộ t b  di đ ng liên

ẽ ượ ặ ươ ự ứ ủ ớ ạ ớ l c v i nhau d a trên IP. Các 4G­AP s  đ c đ t t ng  ng v i các cell c a chúng.

ế ị ẽ ượ ữ ể ệ ể ộ ộ Khi m t thi t b  di đ ng di chuy n gi a các cell, vi c chuy n giao s  đ ự   c th c

ữ ể ể ệ ậ ả ằ ạ ơ ế   hi n b ng chuy n m ch đ n gi n gi a các đi m truy nh p và các vùng vô tuy n

ế ố ớ ể ế ể ộ ộ ế n u hai đi m 4G­AP k t n i v i cùng m t AR. N u hai đi m 4G­AP thu c hai AR

ổ ứ ế ề ẫ ạ ả ị khác nhau thì đ nh tuy n truy n d n gói tin trong m ng IP ph i thay đ i t c thì. Liêt

ạ ộ ữ ể ế ạ ạ ộ ị ấ   ế k t ho t đ ng gi a chuy n m ch 4G­IP và đ nh tuy n m ng IP đóng m t vai trò r t

ố ớ ố ớ ữ ể ể ọ ộ quan tr ng đ i v i quá trình chuy n giao. Đ i v i chuy n giao gi a m t 4G­AP và

ệ ố ủ ộ ế ị ả ậ ả ộ m t AP c a h  th ng khác, thi ứ t b  di đ ng ph i có ch c năng truy nh p c  hai

ẽ ượ ạ ữ ự ệ ệ ằ ể m ng. Chuy n giao s  đ c th c hi n b ng vi c theo dõi và so sánh gi a các h ệ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

16

GVHD: Lâm H ng Th ch

ọ ượ ể ự ố ộ ệ ố ợ th ng khác nhau đ  l a ch n đ c m t h  th ng phù h p.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ấ Hình 1.4  C u hình h  th ng 4G

ạ ườ ẫ ấ 1.2.5.5  Phân lo i và c u hình cell theo môi tr ề ng truy n d n

ệ ố ở ờ ươ ệ ể H  th ng 4G có cell ngoài tr i, trong nhà, trong ph ng ti n di chuy n, nh ư

ữ ủ ờ ộ trên Hình 3. Nh ng cell ngoài tr i có vùng ph  sóng r ng, cho phép các thi ế ị ầ   t b  đ u

ớ ố ộ ớ ố ộ ủ ể ố ổ cu i đang di chuy n v i t c đ  cao trao đ i thông tin v i t c đ  cao. Vùng ph  trong

ượ ự ệ ở ượ ế ế ỉ nhà đ c th c hi n b i các indoor AP. Các Indoor AP đ c thi t k  không ch  giúp

ạ ộ ứ ữ ả ổ ố ộ ơ ầ   trao đ i thông tin t c đ  cao và ho t đ ng đ n gi n mà còn đáp  ng nh ng yêu c u

ế ươ ạ ộ ủ c a m t m ng LAN vô tuy n t ng lai.

ươ ư ể ệ ầ Ngoài ra, các cell trong ph ng ti n giao thông di chuy n nh  xe buýt, t u ho ả

ượ ạ ọ ộ ượ ụ ở ụ ế (đ c g i là các cell/m ng di đ ng) đ ộ   ộ ộ ị c ph c v  b i m t b  đ nh tuy n di đ ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

17

GVHD: Lâm H ng Th ch

ữ ứ ế ể ệ ạ ố MR (Mobile Router). MR có ch c năng chuy n ti p tín hi u gi a tr m g c và thi ế   t

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ữ ệ ế ị ầ ạ ố ố ị ầ b  đ u cu i trên ph ng ti n, nên nh ng thi ự   t b  đ u cu i này không liên l c tr c

ớ ạ ư ế ườ ấ ượ ố ti p v i tr m g c nh  thông th ng. C u hình này đ c thi ế ế ể ạ ượ t k  đ  đ t đ ệ   c hi u

ả ề ủ ế ị ầ ố ố ộ ộ ớ ủ ẫ ấ qu  v  công su t phát c a thi ệ   ề t b  đ u cu i, t c đ  truy n d n, đ  l n c a tín hi n

ế ố ề ể ặ ộ ươ ệ đi u khi n. K t n i multi­hop đa ch ng, m t ph ả ể ở ộ   ng pháp hi u qu  đ  m  r ng

ướ ẽ ượ ể ả ư ứ ộ ế ấ ể kích th c cell s   đ c nghiên c u nh  là m t cách đ  gi i quy t v n đ  các

ữ ệ ệ ứ ề ế ể ể ạ ẫ ở ế   “đi m ch t” gây ra b i hi u  ng “bóng”. Truy n d n d  li u qua tr m chuy n ti p

ượ ị ớ ạ ự ủ ệ ề ấ ả ế ị ầ ố đ c th c hi n ngay c  khi b  gi i h n v  công su t phát c a thi t b  đ u cu i và

ớ ề suy hao truy n sóng l n.

ươ 1.2.5.6  Thông tin đa ph ệ ng ti n

ệ ố ạ ộ ớ ố ề ẫ ấ ộ ế   C u hình h  th ng 4G cho phép truy n d n v i t c đ  cao, ho t đ ng liên k t

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

18

GVHD: Lâm H ng Th ch

ả ả ả ượ ẫ ạ ủ ề ẫ ớ v i các m ng IP trong khi v n ph i đ m b o đ c QoS c a truy n d n gói.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ế ố ạ Hình 1.5 Liên l c thông qua các k t n i multi­hop

ệ 1.2.5 Công ngh  cho 4G

ế ệ ứ ế ạ ộ Ti p theo m ng thông tin di đ ng (TTDĐ) th  h  th  3 ( 3G ­ 3rd Generation),

ố ế ướ ớ ẩ ạ ộ ễ Liên minh Vi n thông qu c t (ITU) đang h ng t ộ   i m t chu n cho m ng di đ ng

ế ệ ứ ớ ữ ượ ộ ế t bào m i th  h  th  4 ( 4G ­ 4th Generation). 4G có nh ng tính năng v ư   t tr i nh :

ạ ự ố ệ ề ề ươ ệ ộ Cho phép tho i d a trên n n IP, truy n s  li u và đa ph ớ ố ng ti n v i t c đ  cao

ố ộ ề ề ạ ớ ộ ệ ơ ấ h n r t nhi u so v i các m ng di đ ng hi n nay… Theo tính toán, t c đ  truy n d ữ

ệ ể ớ ậ ớ ệ ề li u có th  lên t i 100 Mb/s, th m chí lên t i 1 Gb/s trong các đi u ki n tĩnh.

ơ ồ ượ ể ủ ạ ộ ế Hình 1.6  S  đ  tóm l c quá trình phát tri n c a m ng thông tin di đ ng t bào

ệ ướ ượ ệ ề 3 công ngh  d i đây đ c xem là các công ngh  ti n 4G, đó là các công ngh ệ

ở ứ ể ự ẩ ươ làm s  c  đ  xây d ng nên chu n 4G trong t ng lai.

 LTE (Long­Term Evolution)

ệ ạ ứ ẩ ổ ế ế ệ ứ T  ch c chu n hóa công ngh  m ng TTDĐ t bào th  h  th  ba 3G UMTS

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

19

GVHD: Lâm H ng Th ch

ồ ổ ủ ứ ẩ 3GPP (3rd Generation Partnership Project) bao g m các t ch c chu n hóa c a các

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ướ ế ệ ế ắ ầ ủ ạ ẩ ắ ỹ n c châu á, châu âu và B c M  đã b t đ u chu n hóa th  h  ti p theo c a m ng di

ộ đ ng 3G là LTE.

ượ ự ệ Global   System   for   Mobile LTE   đ ề c   xây   d ng   trên   n n   công   ngh   GSM   (

ể ế ễ ế ề ấ   Communications), vì th  nó d  dàng thay th  và tri n khai cho nhi u nhà cung c p

ử ụ ư ụ ươ ứ ớ ị d ch v . Nh ng khác v i GSM, LTE s  d ng ph ng th c ghép kênh phân chia theo

ữ ệ ố ề ằ ộ ầ ố ự t n s  tr c giao (OFDM) ­ truy n d  li u t c đ  cao b ng cách phân chia thành các

ử ụ ổ ầ ự ẻ ề ộ ợ sóng mang con tr c giao. LTE s  d ng ph  t n m t cách thích h p và m m d o, nó

ạ ộ ể ở ộ ộ ầ ừ ớ ố có th  ho t đ ng băng t n có đ  r ng t 1,25 MHz cho t i 20 MHz. T c  đ ộ

ữ ệ ớ ể ạ ớ ủ ế ề ề ấ truy n d  li u l n nh t (v  lý thuy t) c a LTE có th  đ t t ộ ộ   i 250 Mb/s khi đ  r ng

ệ ề ư ầ ớ băng t n là 20 MHz. LTE khác v i các công ngh  ti n 4G khác nh  WiMAX II ở

ỗ ử ụ ố ỉ ử ụ ch , nó ch  s  d ng OFDM ở ướ  h ng lên, còn ở ướ  h ng xu ng nó s  d ng đa truy

ố ơ ể ệ ệ ả ậ ầ ề   nh p phân chia theo t n s  đ n sóng mang đ  nâng cao hi u qu  trong vi c đi u

ử ụ ể ấ ờ ế ị ầ ố ủ khi n công su t và nâng cao th i gian s  d ng pin cho thi t b  đ u cu i c a khách

hàng.

 UMB (Ultra Mobile Broadband)

ế ệ ứ ổ ứ ệ ạ ẩ T  ch c chu n hóa công ngh  m ng TTDĐ th  h  th  ba CDMA2000 3GPP2

ượ ể ậ ở (3rd Generation Partnership Project 2) đ c thành l p và phát tri n b i các t ổ ứ    ch c

ủ ễ ắ ậ ả ớ ố ố ỹ vi n thông c a Nh t B n, Trung Qu c, B c M  và Hàn Qu c cùng v i các hãng

ư ủ   nh   Alcatel­Lucent,   Apple,   Motorola,   NEC   và   Verizon   Wireless.   Thành   viên   c a

ỗ ự ể ầ ặ 3GPP2, Qualcomm là hãng đi đ u trong n  l c phát tri n UMB, m c dù hãng này

ể ệ ả cũng chú tâm c  vào vi c phát tri n LTE.

ự ạ ộ ể UMB d a trên CDMA ( Code Division Multiple Access) có th  ho t đ ng ở

ộ ộ ầ ừ ệ ở ế ề băng t n có đ  r ng t 1,25 MHz đ n 20 MHz và làm vi c ả ầ ố  nhi u d i t n s . UMB

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

20

GVHD: Lâm H ng Th ch

ượ ấ ớ ố ữ ệ ề ề ớ ố đ ộ c đ  xu t v i t c đ  truy n d  li u lên t ồ i 288 Mb/s cho lu ng xu ng và 75

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ầ ử ụ ớ ộ ộ ệ ồ Mb/s cho lu ng lên v i đ  r ng băng t n s  d ng là 20 MHz. Công ngh  này s ẽ

ế ố ự ậ ấ cung c p k t n i thông qua các sóng mang d a trên đa truy nh p phân chia theo mã

CDMA.

 IEEE 802.16m (WiMAX II)

ể ẩ ộ ỗ IEEE 802.16 là m t chu i các chu n do IEEE phát tri n, chúng h  tr  c  c ỗ ợ ả ố

ộ ị đ nh ( IEEE 802.16­2004) và di đ ng ( IEEE 802.16e­2005). IEEE 802.16m (hay còn

ượ ể ừ ệ ẩ ọ g i là WiMAX II) đ c phát tri n t ấ    chu n IEEE 802.16e, là công ngh  duy nh t

ệ ề ượ ự ệ trong các công ngh  ti n 4G đ ự c xây d ng hoàn toàn d a trên công ngh  đa truy

ầ ố ự ậ ậ ậ ỹ ề   nh p phân chia theo t n s  tr c giao OFDMA (k  thu t đa truy c p vào kênh truy n

OFDM).

ẽ ỗ ợ ố ộ ữ ệ ệ ề ớ Công ngh  WiMAX II s  h  tr  t c đ  truy n d  li u lên t i 100 Mb/s cho các

ứ ụ ể ộ ớ ườ ả ng d ng di đ ng và có th  lên t i 1Gb/s cho các ng i dùng tĩnh. Kho ng cách

ề ủ ả ở ườ ả ị truy n c a WiMAX II là kho ng 2 km môi tr ng thành th  và kho ng 10 km cho

ự các khu v c nông thôn.

ề ề ể ầ ẫ ấ ử ụ Hãng Intel đang d n đ u v  đ  xu t s  d ng và phát tri n WiMAX II cho h ệ

ế ượ ộ ố th ng 4G, m t chi n l c mà các Hãng Alcatel­Lucent, AT&T, Motorola, Nokia,

ỗ ợ ủ Samsung, Sprint Nextel và các thành viên khác c a WiMAX Forum cũng h  tr  tích

c c. ự

ậ ươ ế 1.2.6 K t lu n ch ng

ệ ố ộ ượ ứ ở ề ơ H  th ng thông tin di đ ng 4G đã và đang đ c nghiên c u nhi u n i trên

ế ớ ớ ớ ấ ề ệ ố ơ ả ữ ệ th  gi ụ i. V i m c đích gi i thi u nh ng nét c  b n nh t v  h  th ng thông tin di

ươ ệ ố ệ ố ệ ố ố ộ đ ng trong t ng lai, h  th ng 4G. H  th ng 4G là h  th ng không dây có t c đ ộ

ữ ủ ề ầ ẫ ợ ớ ườ truy n d n cao phù h p v i nh ng nhu c u ngày càng cao c a con ng i. Ch ươ   ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

21

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ ế ệ ữ ụ ề ệ 1gi ộ i thi u v  nh ng th  h  thông tin di đ ng đã áp d ng và quá trình đi lên c a h ủ ệ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ố ệ ươ th ng thông tin di đ ng Vi t Nam và ch ệ ủ   ng 1 cũng  đã trình bày các công ngh  c a

ươ ủ ư ỉ ượ 4G trong t ng lai nh  là: LTE, UMB và IEEE 802.16m. Và c ng ch  ra đ ữ   c nh ng

ư ể ượ ộ ơ ữ ế ệ ệ ậ ủ u đi m c a 4G v t tr i h n nh ng công ngh  truy nh p vô tuy n hi n nay.

ươ Ộ Ch ng 2        MàHÓA KÊNH TRONG  THÔNG TIN DI Đ NG

2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý

2.1.1 Quá trình mã hóa

ế ậ ạ ộ ồ ố ư   ộ M t lu ng thông tin đi xuyên qua m t m ng truy nh p vô tuy n s  nh  là

ả ả ề ượ ả UTRAN ph i tr i qua nhi u quá trình mã hóa, đ c  mô t trong hình 2.1. Thông tin

ệ ố ả ở ạ ố ữ ệ ể ặ ư đ a vào h  th ng này ph i d ng s  (d  li u) ho c cũng có th  là thông tin t ươ   ng

ổ ư ượ ứ ể ạ ồ ườ ử ụ ự t (tho i). Ch c năng mã ngu n là chuy n đ i l u l ng ng ạ   i s  d ng sang d ng

ữ ệ ở ộ ữ ụ ạ ơ ộ ồ ộ ố s  và m  r ng h n n a là nén d  li u. B  mã hóa ngu n ph  thu c vào lo i thông

ộ ượ ầ ố ộ ộ ử ụ ằ ố tin c n mã hóa. T c đ  đ c mã hóa b ng cách s  d ng m t b  mã hóa t c đ  (b ộ ộ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

22

GVHD: Lâm H ng Th ch

ử ụ ề ố ộ ộ mã đa t c đ  thích nghi AMR, trong UTRAN), truy n hình thì s  d ng b  mã hóa

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ố ượ ố ắ ồ ộ hình. B  mã hóa ngu n c  g ng mã hóa thông tin thành m t s  l ấ   ấ ng bit th p nh t

ộ ả ể ồ ở ự ể ạ ồ có th  mà b  gi i mã ngu n phía thu có th  xây d ng l ế   i thông tin ngu n n u

ỗ ượ ạ ủ ề ậ ố ỹ không có l i nào đ c t o ra trong su t quá trình truy n c a nó. Các k  thu t nén

ể ượ ử ụ ạ ượ ụ ồ ồ khác nhau có th  đ c s  d ng đ t đ c m c đích mã hóa ngu n. Mã hóa ngu n có

ư ừ ủ ể ỏ ế ầ ườ ử ụ th  b  đi h u h t các thông tin d  th a c a ng ủ   ộ ạ i s  d ng.  M t d ng  khác c a

ư ượ ầ ể ữ ệ ể ượ ồ ạ ạ ở ph n d  đ ữ ệ c thêm vào sau lu ng d  li u đ  d  li u có th  đ c tái t o l i máy

ủ ế ề ẽ ấ ặ ổ thu m c dù đi u này s  làm t n th t băng thông c a kênh vô tuy n.

ể ằ ượ ướ ủ B ng cách chèn các bit ki m tra đã đ c tính toán tr ồ   c vào phía sau c a lu ng

ườ ử ụ ẽ ở ậ ơ ữ ệ ủ d  li u c a ng i s  d ng, mã hóa kênh s  tr  nên đáng tin c y h n trong quá trình

ệ ế ề ể ỗ phát các bit thông tin qua giao di n vô tuy n. Kênh  truy n có th   gây  ra l i cho các

ỗ ướ ả ượ ế ệ ượ ử ạ ế bit phát, các l i này tr c h t ph i đ c phát hi n và sau đó đ c s a l i n u có

ể ự ụ ệ ệ ể ượ ế ộ ố th . Nhi m v  này khó có th  th c hi n đ c n u không thêm vào m t s  thông tin

ữ ệ ố ượ ụ ể ồ ượ ph  (các bit ki m tra) vào lu ng d  li u. S  l ữ ệ ng bit d  li u luôn đ c tăng lên

ố ượ ượ ộ trong mã hóa kênh. S  l ng các bit này đ c tăng lên bao nhiêu là tùy thu c vào

ộ ề ơ ồ ế ẽ ậ ỗ ừ ộ ể ừ t ng s  đ  mã hóa. B  đi u ch  s  nh n chu i bit t ổ    b  mã hóa kênh và chuy n đ i

ồ ượ ề ạ ợ ớ lu ng  đã   đ c   mã   hóa   kênh  thành  d ng  sóng  thích   h p  v i  kênh  truy n.   Trong

ươ ế ề ặ ố UTRAN, ph ng pháp đi u ch  là QPSK (ho c 16 QAM) ở ướ  h ng xu ng và QPSK

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

23

GVHD: Lâm H ng Th ch

kênh  đôi (HPSK)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ề ố Hình 2.1  Quá trình mã hóa trong h  th ng  truy n  thông  s

2.1.2 Nguyên lý mã hóa

ế ỷ ướ ủ ử ậ ố ể Vào n a cu i th p niên 40 c a th  k  tr ộ   c, Claude Shannon đã phát tri n m t

ẫ ườ ế ế ộ b  nguyên lý mà ngày nay chúng ta v n th ng bi ớ t  đ n v i tên g i ậ   ọ Đ nh lu t ị

ố ượ ứ ề ấ ố ng thông tin t i đa có th ể Shannon.  V n đ  mà Shannon đã nghiên c u là s  l

ễ ề ề ộ ướ ẫ ượ ợ truy n qua kênh truy n có nhi u tác đ ng. Tr c đó, nó v n đ c mong đ i là s ẽ

ộ ữ ệ ơ ố ề ấ ế ậ ỗ ấ ả cao h n t c đ  d  li u và càng cao thì đi u t t y u là ph i ch p nh n l ề   i truy n.

ứ ỏ ằ ấ ế ư ậ ự ừ ả ộ Shannon đã ch ng t r ng không nh t thi t ph i nh  v y, trong m t ch ng m c nào

ể ạ ớ ằ ượ ố đó, ta có th  đ t đ ể ạ ượ ỷ ệ ỗ ầ c t i g n b ng 0, có th  đ t t l l i dung l ng kênh t i đa

ấ ỳ ố ặ ộ ướ ượ ượ ố ho c b t k  t c đ  nào d i dung l ng kênh.Dung l ng kênh t i đa có th  đ ể ượ   c

ừ ẳ ứ ị xác đ nh  t đ ng th c sau:

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

24

GVHD: Lâm H ng Th ch

C = W log2 (1+S/N)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ấ ủ ủ ệ Trong đó, W là băng thông c a kênh truy n, ề S là công su t c a tín hi u và N là

ễ ấ công su t nhi u.

ị ế ậ ố ể ạ ớ ệ ố ữ ệ ề ộ ậ Đ nh lu t này thi t l p t c đ  truy n d  li u tuy t đ i có th  đ t t i. Ta có

ấ ủ ể ễ ế ệ ặ ằ ậ th  d  dàng nh n ra r ng n u tăng băng thông ho c công su t c a tín hi u lên thì có

ể ượ ố ứ ễ ể ầ ơ th  tăng dung l ng kênh t ằ i đa lên cao h n. C n đ  ý r ng khi tăng m c nhi u lên

ể ẫ ứ ệ ả ả ả ượ ố ộ ề thì ta cũng ph i tăng m c tín hi u lên đ  v n đ m b o đ ữ ệ   c  t c đ  truy n d  li u

ư ướ ỷ ố ứ ễ ệ ễ ườ nh  tr c lúc tăng m c nhi u. T  s  tín hi u trên nhi u S/N th ng đ ượ ử ụ   c s  d ng

ư ỷ ố ữ ứ ượ ượ nh  t s  gi a m c năng l ng trên bit ( ứ Eb) và m c năng l ng trên Hertz ( N0) c aủ

ỷ ố Eb/N0. ễ nhi u,  t s

ầ ấ ọ ế ớ ặ ả ệ Nguyên lý này r t quan tr ng và c n thi t ph i ghi nh , đ c bi t trong m t h ộ ệ

ữ ư ủ ề ố ơ th ng WCDMA nh  UTRAN, n i mà quá trình truy n c a nh ng ng ườ ử ụ   i s  d ng

ễ ẫ gây nhi u l n nhau.

ủ 2.2 Vai trò c a mã hóa

ủ ụ ế ề M c đích c a lý thuy t Mã hóa trên kênh truy n (channel encoding theory) là

ứ ự ữ ề ể ề tìm nh ng mã có th  truy n thông nhanh chóng, ch a đ ng nhi u mã ký (code word)

ể ử ỗ ệ ấ ỗ ả ợ ệ h p l và có th  s a l ặ i (error correction) ho c ít nh t phát hi n các l i x y ra (error

ụ ụ ạ ộ ỗ detection). Các m c đích trên không ph  thu c vào nhau, và m i lo i mã có công

ố ư ộ ứ ụ ệ ữ ặ ạ ỗ ụ d ng t i  u cho m t  ng d ng riêng bi ầ   t. Nh ng đ c tính mà m i lo i mã này c n

ấ ỗ ả ề ộ ỳ ề còn tu  thu c nhi u vào xác su t l i x y ra trong quá trình truy n thông.

ỗ ườ ấ ị ộ ứ ụ ễ ợ ỉ M i mã th ng ch  thích h p cho m t  ng d ng nh t đ nh. Vi n thông trong vũ

ị ớ ạ ụ ễ ở ệ ế ị tr  (deep space) b  gi i h n b i nhi u nhi t (thermal noise) trong thi ệ   t b  thu. Hi n

ấ ạ ả ộ ộ ườ ả ộ tr ng này không x y ra m t cách đ t phát b t th ng, song x y ra theo m t chu

ễ ế ươ ự ớ ả ầ ư ậ ị ạ ẹ ễ ế trình ti p di n. T ng t nh  v y, modem v i d i t n h p b  h n ch  vì nhi u âm

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

25

GVHD: Lâm H ng Th ch

ạ ướ ể ượ ữ ễ ệ ạ ể ệ ồ ạ t n t i trong m ng l i đi n tho i. Nh ng nhi u âm này có th  đ c bi u hi n rõ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ế ễ ệ ạ ạ ằ ộ ộ ơ h n b ng m t mô hình âm t p ti p di n. Đi n tho i di đ ng "Cell phones" hay có

ầ ố ự ề ả ượ ể ấ v n đ  do s  suy sóng nhanh chóng x y ra. T n s  cao đ c dùng có th  gây ra s ự

ệ ả ậ ộ ỉ ờ   suy sóng tín hi u m t cách nhanh chóng (rapid fading), ngay c  khi máy nh n ch  d i

ộ ầ ữ ỗ ườ ệ ạ ộ ch  vài phân Anh (inches) 1. M t l n n a, ng ạ   ộ i ta hi n đã có m t lo i thu c h ng

ề ượ ế ế ể ố ầ ạ ớ Mã hóa trên kênh truy n đ c thi t k  đ  đ i đ u v i tình tr ng suy sóng.

ươ ệ ố 2.3 Các ph ng pháp mã hóa kênh trong h  th ng 3G

2.3.1 Mã kh i ố

ố ạ ố ộ ộ ờ ộ ữ ệ Mã kh i thao tác d  li u trên m t kh i t ể i cùng m t th i đi m. B  mã hóa s ẽ

ộ ố ữ ệ ộ ả ể ố ẽ ử ụ thêm m t s  bit ki m tra vào kh i bit d  li u và b  gi i mã s  s  d ng chúng đ ể

ằ ị ỗ ề ả ố xác đ nh r ng có l i nào đã x y ra trong quá trình truy n hay không. Do đó, s  bit ở

ỷ ố ữ ủ ộ ớ ơ ố ngõ ra c a b  mã hóa luôn luôn l n h n ngõ vào. T  s  gi a kh i bit thông tin k (ngõ

ượ ượ ọ ố vào) và kh i bit đã đ c mã hóa kênh n (ngõ ra) đ c g i là t ỷ ệ  l mã hóa:

Rc = k/n

ộ ươ ượ ộ ể B  mã t ứ ng  ng đ ư c xem nh  là b  mã ( ầ n,k). Do đó, ph n bit ki m tra đ ượ   c

ộ ể ượ ộ c ng thêm vào b  mã ( n,k) s  là (ẽ ề n – k)/n. Càng nhi u bit ki m tra đ c  thêm vào thì

ả ị ẽ ố ơ kh  năng xác đ nh l ỗ ủ ộ ả i c a b  gi i mã kênh s  càng t ể   t h n. Tuy nhiên, các bit ki m

ộ ự ủ ẽ ề ầ ả ố ằ   tra cũng s  làm t n băng thông c a kênh truy n nên c n ph i tìm ra m t s  cân b ng

ể ấ ộ ượ ừ ộ ố t t nh t.Tùy thu c vào cách mà các bit ki m tra đ c thêm vào t mã n mà b  mã

ượ ể ượ ệ ố ệ ố ặ ọ ộ ộ ậ nh n đ c có th  đ c g i là b  mã h  th ng ho c không h  th ng. Trong b  mã

ẽ ượ ể ộ ẫ ệ ố h  th ng, các bit ki m tra s  đ ớ c tr n l n cùng v i các bit thông tin.

n t

ố ượ ắ ừ ư ấ ầ Có 2k kh i thông tin đ ế c s p x p vào 2 ế n   mã. Nh  chúng ta th y, h u h t 2

ượ ử ụ ộ ừ ượ ử ụ ừ t mã s không đ c s  d ng phía bên trái. B  t mã đ c s  d ng thì không đ ượ   c

ẫ ộ ọ ố ấ ộ ả ể ự ch n m t cách ng u nhiên mà theo cách t t nh t b  gi ệ   i mã kênh có th  th c hi n

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

26

GVHD: Lâm H ng Th ch

đ c.ượ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Hình 2.2  Mã hóa kh iố

ả ượ ữ ừ ụ ế Kho ng cách Hamming đ c đo gi a 2 t mã khác nhau. Ví d , n u ta có 2 t ừ

ư mã a và b nh  sau:

a = 100110001

b = 100101001

ả ừ ở Kho ng cách Hamming d(a,b)  = 2 vì 2 t mã này khác nhau chính xác ị    2 v  trí

ữ ấ ả ấ ả ỏ ừ ộ ượ ọ bit (bit 5 và 6). Kho ng cách nh  nh t gi a t t c  các t mã trong b  mã đ c g i là

ả ố ọ ơ ộ ộ ị ỉ kho ng cách t i thi u ấ ể dmin. Đó là m t  đ n v  đo r t quan tr ng vì nó ch  ra b  mã

ố ế ệ ỗ ứ ệ ả ố ể ỉ này t t đ n m c nào trong vi c phát hi n l i. Kho ng cách t ằ   i thi u là i ch  ra r ng

ể ỗ ề ế ỗ ừ ộ ả b  gi i mã kênh có th  phát hi n ệ i – 1 bit l i. N u có nhi u h n ơ  i ­1 bit l i thì t mã

ượ ẽ ố ớ ừ ợ ệ ẽ ượ ấ thu đ c s  gi ng v i t mã h p l nào đó; do đó, nó s  đ ư   ậ c ch p nh n nh  là

ộ ừ m t t mã  đúng.

ố ườ ượ ử ụ ộ ớ ươ Mã kh i th ng đ c s  d ng v i m t ph ng pháp yêu c u l p l ầ ặ ạ ự ộ    đ ng i t

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

27

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ấ ệ ả ỗ ấ ỗ ầ ộ ệ ARQ. Mã kh i r t hi u qu  trong vi c tìm l i và khi tìm th y l i, m t yêu c u phát

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ố ị ỗ ẽ ượ ừ ộ ố ợ ự ự ể ạ l i kh i b  l i s  đ c phát ra t ỏ    m t th c th  ngang hàng. S  ph i h p này đòi h i

ộ ề ặ ữ ờ ữ ệ ướ d  li u h ng kh i ( ố block – oriented), nh ng ràng bu c v  m t th i gian đ i v i d ố ớ ữ

ệ ượ ữ ệ ủ ẽ ặ ườ ử ụ ả ị ượ ự li u không đ c ch t ch  nên d  li u c a ng i s  d ng ph i ch u đ c s  trì

ề ạ ẽ ộ ễ ỗ ề hoãn. M i quá trình truy n l i s  làm tăng thêm đ  tr ủ  truy n   c a toàn b  h ộ ệ

th ng.ố

ệ ố ệ ố ộ Hình 2.3  B  mã có tính h  th ng  và không  h  th ng

ươ ư ừ ể ộ ươ ổ ế Ph ng pháp ki m tra d  th a vòng CRC là m t ph ủ   ng pháp ph  bi n c a

ố ượ ử ụ ệ mã hóa kh i. Các bit CRC cũng đ c  s  d ng trong WCDMA. Vi c thêm vào các

ượ ự ệ ướ ẽ ượ ạ bit CRC đ c th c hi n tr c khi mã hóa kênh và chúng  s  đ ể c  ki m tra l i sau

ả ướ ủ ườ ượ ố ộ khi gi i mã kênh. Kích th c c a tr ng CRC đ ề   c thêm vào cho m t kh i truy n

ứ ể ặ ươ có th  là 0, 8, 12, 16 ho c 24 bit trong WCDMA. Các đa th c sinh t ứ ng  ng đ ượ   c

ể ượ ứ ả ả ụ ừ ả ộ ớ cho trong b ng 2.1. Đa th c sinh có th  đ c gi i thích v i m t ví d  t b ng này.

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

28

GVHD: Lâm H ng Th ch

ứ ớ ỗ ồ Đa th c sinh CRC: D8 + D7 + D4 + D2 +D + 1 đ ng nghĩa v i chu i  bit 110010111.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ố ượ ầ ố ư ẽ ượ Kh i thông tin đ ứ c chia modulo 2 cho đa th c sinh và ph n s  d  s   đ c dùng

ườ làm tr ể ng ki m tra ( checksum).

ứ ả B ng 2.1  Các đa th c sinh CRC

ố ượ S  l ng bit CRC Đa th cứ

24 D24 + D23 + D6 + D5 + D + 1

16 D16 + D12 + D5 + 1

12 D12 + D11 + D3 + D2 + D + 1

08 D8 + D7 + D4 + D2 + D + 1

ể ượ ử ụ ử ụ ố ộ ố ạ Ngoài ra còn có m t s  lo i mã kh i có th  đ c s  d ng cho m c đích s a

ặ ượ ử ụ ỗ l i m c dù chúng không đ c s  d ng trong WCDMA.

2.3.2 Mã xo n ắ

ể ả ệ ắ ậ ỏ ộ ỹ K  thu t mã hóa xo n là m t cách khác đ  b o v  các bit thông tin kh i các

ể ả ố ượ ử ụ ệ ỗ ỗ l i có th  x y ra. Trong khi mã kh i đ ể c s  d ng đ  phát hi n l ơ ế i và c  ch  ARQ

ể ử ứ ắ ắ ả ế ợ ể đ  có th  s a chúng thì mã xo n k t h p c  2 ch c năng này. Mã xo n th ườ   ng

ượ ử ụ ự ữ ẽ ặ ờ ộ đ ầ   ề ặ c s  d ng khi nh ng s  ràng bu c v  m t th i gian là ch t ch  và không c n

ế ơ ế ữ ệ ượ ứ ủ ể ả dùng đ n c  ch  ARQ. D  li u đã đ c mã hóa ph i ch a đ  thông tin ki m tra đ ể

ể ử ộ ượ ộ ố ỗ ượ ấ ả ạ t o cho nó m t kh  năng có th  s a đ c ít nh t là m t s  l i đ ệ   c   phát hi n

ộ ả ầ ặ ạ ả trong b  gi ầ i mã kênh mà không c n ph i yêu c u l p l i.

ơ ượ ế ế ế ử ỗ ướ ư ơ ớ ế C  ch   này đ c bi t đ n  nh  là  c  ch   s a l i h ng t i FEC. Máy  thu

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

29

GVHD: Lâm H ng Th ch

ầ ạ ệ ỗ ẽ ố ắ không yêu c u phát l i khi phát hi n l i mà nó s  c  g ng t ự ử ỗ  s a l i đó.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ố ở ỗ ạ ộ ắ ớ ồ Mã xo n khác v i mã kh i ữ ệ   ụ  ch  nó ho t đ ng liên t c trên các lu ng d  li u.

ộ ộ ỉ ụ ề ớ ộ Nó có m t b  nh , đi u đó có nghĩa là các bit ngõ ra không ch  ph  thu c vào các bit

ệ ạ ụ ề ộ ướ ữ ắ ộ vào hi n t i mà còn ph  thu c vào nhi u bit vào tr c đó n a. M t mã xo n do đó

ể ượ ả ằ ử ụ ạ ố có th  đ c miêu t b ng cách s  d ng d ng ( n, k, m), trong đó n là s  bit ngõ ra

ớ ủ ộ ề ố ộ trên m t  t ộ ừ ữ ệ k là s  bit ngõ vào và m là chi u dài b  nh  c a b  mã hóa. T d  li u, ỷ

ủ ắ ố ố ớ ệ l mã hóa c a mã xo n  cũng gi ng v i mã kh i:

Rc = k/n

ộ ộ ắ ượ ộ ự ế ợ M t b  mã xo n (3, 1, 9) đ c miêu t ả ở ữ    hình 2.4. Nó là m t s  k t h p gi a

ứ ộ ị Ở ầ ỗ ữ ệ ố ủ thanh ghi d ch D và các b  ch c năng XOR. ừ    ph n cu i c a chu i d  li u v a

ượ ẽ ộ ề đ c mã hóa, b  mã hóa s  thêm vào ỗ m – 1 bit 0 vào chu i ngõ ra. Đi u này đ ượ   c

ở ạ ạ ỗ ầ ự ệ ả ầ ộ ể ả th c hi n tu n hoàn đ  đ m b o b  mã hóa tr  l ộ   ầ i tr ng thái ban đ u. M i l n m t

ắ ậ ở ỗ ể ể ậ ị ộ b  mã hõa xo n b  tràn ng p b i các l ụ ồ   i kênh  thì th t khó khăn đ  có th  ph c h i

ặ ạ ạ ệ ộ ỳ ạ ượ ừ ự ỗ l c t ủ  s  h n đ n đó c a nó. Vi c đ t l i tr ng thái theo chu k  có th  gi ể ả   i i đ

ế ượ ủ ộ ạ ộ ề ả ấ ấ ơ ơ quy t đ ủ   c v n đ  đó. C u trúc c a b  mã hóa thì đ n gi n h n và ho t đ ng c a

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

30

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ả ứ ạ ắ nó cũng không ph c t p l m. Tuy nhiên, b  gi i mã thì khác hoàn toàn.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ắ ỷ ệ ộ l 1/3 Hình 2.4  B  mã hóa xo n t

ộ ả ố ư ự ấ ộ ỗ ưở B  gi i mã t i  u là b  đánh giá chu i đúng nh t MLSE d a trên ý t ộ   ng m t

ỗ ượ ớ ạ ẽ ạ ấ ả ỗ ộ chu i bit đ c gi i h n, máy thu s  t o ra t t c  các chu i mà b  mã hóa có th ể

ế ậ ỗ ượ ự ự ớ ỗ ẽ ử g i. Ti p đó máy thu s  so sánh chu i bit nh n đ ỗ c th c s  v i m i chu i mà nó

ỗ ặ ả ả ỗ ủ ạ t o ra và tính kho ng cách Hamming c a m i c p chu i. Kho ng cách Hamming

ấ ẽ ệ ượ ậ ỏ ỗ ượ ấ nh  nh t s  nh n di n đ c chu i đ ố c phát gi ng nh t.

ươ ộ ả ấ ư ệ ắ ả ấ ấ Ph ng pháp MLSE cung c p b  gi ề   i mã xo n hi u qu  nh t nh ng v n đ  là

ỗ ầ ủ ề ỗ ượ ự ứ ạ ủ ậ m i l n chi u dài c a chu i bit đ c phát tăng thì s  ph c t p c a thu t toán MLSE

ể ộ ả ử ụ ề ấ ậ ẽ ở s  tr nên khó ki m soát. M t gi i pháp cho v n đ    này là s  d ng thu t toán

ể ướ ể ẫ ậ ợ ể Viterbi đ  có th c tính sao cho thu t toán MLSE h p lý đ  v n gi ữ ượ  đ ệ   c  hi u

qu .ả

ộ ả ộ ả ể ắ ế ị ự ứ ề ặ Các b  gi i mã xo n có th  là b  gi i mã quy t đ nh c ng ho c m m. S  phân

ệ ộ ả ự ậ ề bi t này d a vào cách mà b  gi i mã nh n bit thông tin t ừ ộ ả  b  gi ế i đi u ch . Trong

ươ ế ị ộ ả ủ ề ế ặ ph ứ ng pháp quy t đ nh c ng, ngõ ra c a b  gi i đi u ch    là bit 0 ho c 1. Còn

ươ ế ị ộ ả ề ế ử ế ề ỉ trong ph ng pháp quy t đ nh m m, b  gi ậ   i đi u ch  g i đ n không ch  bit nh n

ượ ộ ự ướ ượ ặ ậ ủ ế ị ề ả đ c (0 ho c 1) mà còn có m t s c l ng v  kh  năng tin c y c a quy t đ nh

ệ ướ ượ ể ự ư ứ ệ đó. Vi c c l ộ ố ơ ở ng đó có th  d a trên m t s  c  s  nh  là m c tín hi u thu đ ượ   c

ệ ạ ộ ả ể ử ụ ữ ệ ướ ượ ư ộ hi n t i. B  gi i mã sau đó có th  s  d ng d  li u c l ng này nh  là m t thông

ậ ả ố ư ủ ố s  trong thu t toán gi i mã t i  u c a nó.

ộ ả ệ ố ắ ể ỏ ỗ ẫ B  gi i mã xo n làm vi c t t có th  tránh kh i các l ư   i ng u nhiên nh ng

ượ ủ ụ ể ễ ỗ ệ ố ư ặ nh c đi m c a chúng là d  gây ra các c m l i, đ c tr ng trong các h  th ng thông

ộ ế ị ủ ườ ử ụ ể tin di đ ng. Các thi t b  c a ng i s  d ng ( UE) di chuy n nhanh trong các h ệ

ể ố ỗ ố ế ể ả ấ th ng CDMA có th  gây ra các l ề i kh i n u kh  năng đi u khi n công su t không

ớ ấ ể ề ể ố ế ễ ề ườ ố ả ủ đ  nhanh đ  ki m ch  nhi u. Đ  đ i phó v i v n đ  này, ng i ta chia kh i b n tin

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

31

GVHD: Lâm H ng Th ch

ắ ồ ố ả ụ ụ ụ ủ ở ớ ị ầ c n g i thành các c m ng n r i hoán v  các c m này v i các c m c a kh i b n tin

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ờ ậ ụ ả ỗ ỗ ả ộ ụ ỉ ấ ỏ khác, nh  v y khi x y ra c m l ầ   i dài, m i b n tin ch  m t đi m t c m nh , ph n

ạ ủ ả ộ ả ụ ạ ắ còn l ẫ i c a b n tin v n cho phép b  gi i mã khôi ph c l ế   i đúng sau khi đã s p x p

ủ ả ứ ự ở ụ ượ ọ ạ l i các c m c a b n tin theo th  t phía phát. Quá trình này đ c g i là ghép xen

ụ ả ỗ ộ ờ tín hi u (ệ interleaving), m c đích là tr i các bit l ả i ra trên m t kho ng th i gian dài và

ộ ả ả ơ ắ do đó làm cho b  gi ệ i mã xo n hi u qu  h n.

2.3.3 Mã turbo

ươ ố ớ ượ ề ậ ầ ộ Mã Turbo là m t phát minh t ng đ i m i, nó đ ế ầ c đ  c p đ n l n đ u tiên

ạ ượ ể ự ấ ấ ệ ế ệ ầ vào năm 1993. Nó đ t đ c hi u su t r t cao vì nó có th  th c hi n g n đ n gi ớ   i

ế ủ ị ấ ủ ạ ố ư ệ ậ ớ ị ạ h n lý thuy t c a đ nh lu t Shannon. Hi u su t c a nó đ t  t i  u v i các d ch v ụ

ụ ố ộ ấ ố ớ ệ ị ả ấ ố ộ ữ ệ t c đ  d  li u cao và không hi u qu  m y đ i v i các d ch  v  t c đ  th p.

ủ ả ẽ ượ ử ụ Trong mã hóa Turbo, ngõ ra c a quá trình gi i mã s  đ ể ề   c s  d ng đ  đi u

ạ ữ ệ ử ụ ặ ỉ ch nh l ầ i d  li u ngõ vào.Mã turbo đ u tiên s  d ng 18 vòng l p.

ộ ượ ử ụ ượ B  mã hóa Turbo đ c s  d ng trong UTRAN và đ c trình bày trong hình 2.5.

ộ ộ ắ ộ ượ ố ồ B  mã hóa này là m t b  mã xo n đ c n i song song ( PCCC). Nó bao g m 2 b ộ

ắ ượ ở ộ ệ ộ mã xo n song song nhau và đ c cách ly b i b  ghép xen. Các b  mã hóa là đ  quy

ố ớ ộ ệ ố ề ộ ỉ và có tính h  th ng. Đi u này ch  đúng đ i v i b  mã Turbo. Các b  mã hóa cũng có

ể ượ ầ ự ớ ắ ố ượ ầ ự ố th  đ c n i tu n t ộ  v i nhau (b  mã xo n đ c n i tu n t SCCC), trong tr ườ   ng

ượ ữ ặ ộ ộ ộ ợ h p này, b  ghép xen đ ể   c đ t gi a các b  mã hóa. Các b  mã hóa cũng có th  là

ắ ộ ố ộ ườ ợ ộ các b  mã  kh i thay vì b  mã hóa xo n, trong tr ẽ   ng h p đó, b  mã hóa Turbo s  là

ộ ộ ố ượ ộ ộ ố ượ ặ ố ố m t b  mã kh i đ c n i song song PCBC ho c m t b  mã kh i đ c n i tu n t ầ ự

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

32

GVHD: Lâm H ng Th ch

SCBC.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ Hình 2.5   B  mã hóa Turbo

ụ ủ ộ ữ ệ ể ệ ẫ ướ ế Nhi m v  c a b  ghép xen là đ  ng u nhiên hóa d  li u tr c khi nó đ n b ộ

ứ ậ ộ ồ ộ ị ả   mã hóa th  2. B  ghép xen g m có m t ma tr n vuông. Nó cho phép hoán v  c  2

ỗ ượ dòng intra­row và inter­row cho các bit ngõ vào và chu i bit ngõ ra đ ớ   c xén b t

ầ ỗ ằ b ng cách xóa các bit này mà không c n tách chu i bit ngõ vào.

ộ ả ượ ộ ả B  gi i mã Turbo đ c mô t ả ở ồ  hình 2.6. Nó g m có 2 b  gi i mã SISO đ ượ   c

ở ộ ộ ả ệ ừ ủ ộ ả ố ớ n i v i nhau b i b  ghép xen và b  gi i ghép xen. Tín hi u t ngõ ra c a b  gi i mã

ượ ồ ế ở ạ ễ ủ ộ ả ứ ấ ứ th  2 đ c làm tr  và h i ti p tr  l i ngõ vào c a b  gi ỗ ầ ặ   i mã th  nh t. M i l n l p

ữ ệ ủ ệ ộ ả ữ ệ ượ ử ạ ẽ ả l i s  c i thi n đ  chính xác c a d  li u gi i mã. D  li u đ c x  lý trong vòng

ơ ở ự ướ ủ ổ ừ ể ố ặ l p d a trên c  s  block­by­block. Kích th c c a kh i có th  thay đ i t ế    40 đ n

ớ ố ượ ả ồ ị ữ ệ ỏ ơ 5114 bit, bao g m c  2 giá tr  này. V i s  l ng d  li u nh  h n kích th ướ ố   c t i

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

33

GVHD: Lâm H ng Th ch

ể ầ ả ả ể ể ạ ượ thi u thì c n ph i chèn vào các bit gi đ  có th  đ t đ c kích th ướ ố c t ể i thi u.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ả i mã Turbo Hình 2.6   B  gi

12

ố ớ ấ ả ị ư Lu = các giá tr   u tiên đ i v i t t c  các bit thông tin u

eL = thông tin t

21

ộ ả ừ ộ ả  b  gi i mã 1 vào b  gi i mã 2

eL  = thông tin t

(

)p

ộ ả ừ ộ ả  b  gi i mã 2 vào b  gi i mã 1

cL r  = thông tin ki m tra (

( )s

ể parity)

cL r = thông tin h  th ng (

ệ ố systematic)

ượ ệ ố ề 2.4  Mô hình kênh fading và dung l ng h  th ng MIMO trong kênh truy n

2.4.1  Mô hình kênh fading

ấ ừ ề ề ấ ố Xu t phát t ẫ    lý do có r t nhi u tham s  liên quan trong quá trình truy n d n

ườ ụ ề ế ế ẽ ơ ộ trong môi tr ậ ng vô tuy n di đ ng, nên s  thu n tiên h n nhi u n u áp d ng k ỹ

ể ậ ố ả ự ệ thu t th ng kê đ  mô t ổ ủ  s  thay đ i c a tín hi u.

ộ ệ ố ỏ ơ ệ ế ẹ ầ Trong m t h  th ng băng h p, tín hi u phát luôn chi m băng t n nh  h n băng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

34

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ợ ủ ầ ượ ố ị ầ t n k t h p c a kênh, băng t n này đ ả ầ c đ nh nghĩa là d i t n s  mà quá trình

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ươ ổ ủ ệ ầ ọ fading kênh là t ng đ ng. Nghĩa là m i thành ph n ph  c a tín hi u phát có cùng

ạ ả ượ ọ ọ ọ ự s  suy gi m fading. Lo i fading này đ c g i là fading không ch n l c hay fading

ế ợ ệ ế ả ẳ ặ ả ớ ơ ph ng. M t khác n u d i thông tín hi u phát l n h n d i thông k t h p kênh, thì các

ế ợ ổ ủ ổ ớ ệ ả ầ ơ ớ ị ầ thành ph n ph  c a tín hi u phát v i ph n ph  l n h n d i thông k t h p b  fading

ổ ủ ẽ ị ữ ệ ầ ổ ổ ự ế ộ ậ đ c l p. Ph  tín hi u thu s  b  méo vì s  bi n đ i gi a các thành ph n ph  c a tín

ệ ượ ệ ố ượ ọ ọ ọ hi u phát là không gi ng nhau. Hi n t ng này đ ầ   c g i là fading ch n l c theo t n

ệ ố ị ả ệ ộ ưở ủ ố s . Trong các h  th ng băng r ng, tín hi u phát luôn ch u  nh h ng c a fading

ọ ọ ầ ố ch n l c theo t n s .

ươ ề ậ ớ ể ả ự Ch ng này đ  c p t i mô hình fading Rician và Rayleigh đ  mô t ổ    s  thay đ i

ệ ườ ườ ọ ọ ẹ ủ c a tín hi u trong môi tr ng đa đ ầ   ng băng h p. Mô hình fading ch n l c theo t n

ẽ ượ ệ ộ ầ ộ ằ ố s  cho h  thông băng r ng s  đ ộ ậ   c suy ra b ng cách coi băng t n r ng là m t t p

ự ầ tr c giao các băng t n con.

2.4.1.1 Fading Rayleigh

ề ệ ẫ ớ ơ ộ ổ ự   Xét quá trình truy n d n 1 tín hi u đ n v i biên đ  không đ i. Trong khu v c

ế ể ả ử ằ ị ắ ự ế ộ kênh vô tuy n di đ ng đi n hình ta gi s  r ng sóng tr c ti p b  ch n và máy thu di

ượ ố ượ ạ ả ả ị ỉ ộ đ ng ch  thu đ c sóng ph n x . Khi s  l ạ ớ ng sóng ph n x  l n, theo đ nh lý gi ớ   i

s

ủ ệ ẫ ầ ạ h n trung tâm, 2 thành ph n vuông góc c a tín hi u thu là quá trình ng u nhiên

2 s

ươ ớ ị ươ ế ả Gaussian không t ng quan v i tr  trung bình 0 và ph ng sai . K t qu  là đ ườ   ng

ủ ệ ở ọ ủ ể ấ ố ờ bao c a tín hi u thu m i th i đi m có phân b  xác su t Rayleigh và pha c a nó

ố ồ ả ậ ộ ố ủ ạ phân b  đ ng d ng trong kho ng p  và –p  . Hàm m t  đ  phân b  c a phân b ố

2

ứ ở Rayleigh cho b i công th c:

s /2

2 s

s e

a

0

s

)

= (cid:0)

( p a

a 2 s

<

a

0

0

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

35

GVHD: Lâm H ng Th ch

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (2.1) (cid:0) (cid:0)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

s

2 s

ị ươ ủ ế ẫ ố Giá tr  trung bình là ma và ph ng sai c a bi n ng u nhiên phân b  Rayleigh

p

=

=

s

s 1.2533

m a

s

s

2

ượ ứ ở đ c cho b i công th c:

p

s

=

s

2

s 0.4292

2 a

= 2 s

2 s

2

(2.2) (cid:0) (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

hi uệ

ậ ộ ế ố ượ ẩ ấ N u hàm m t đ  phân b  trong (2.3) đ ể c chu n hoá đ  công su t tín

2E a ) là đ n v , khi đó phân b  Rayleigh chu n hoá đ

ẩ ơ ố ị ượ trung bình ( ở c cho b i công

2

th c:ứ

2

0

)

= (cid:0)

( p a

a <

a

aae 0

0

- (cid:0) (cid:0) (cid:0) (2.3) (cid:0) (cid:0)

=

0.8862

ị ươ Giá tr  trung bình và ph ng sai là:

=

m a s

0.2146

2 a

(2.4)

ớ ượ ự ầ ạ ị Trong kênh fading v i l ng d ch t n Doppler c c đ i f ệ dmax  , tín hi u thu có

f

f

d m

ax

(cid:0) ổ ị ả ả ử ằ ướ ớ ớ ph  b  tr i trong . Gi s  r ng 1 anten vô h ng v i các sóng t i theo

ươ ạ ấ ạ ả ồ ớ ph ng ngang, các sóng ph n x  và công su t thu đ ng d ng trên các góc t ậ   i, m t

ấ ủ ổ ộ ượ ứ ở ộ đ  ph  công su t c a biên đ  fading đ c cho b i công th c:

n u ế

2

=(cid:0)

)

( P f

f

f

p 2

1 2 dm

ax

các giá tri còn l

iạ

0

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

ầ ố Trong đó f là t n s  và fdmax là t ỷ ệ  l ự ạ  fading c c đ i. Giá tr ị fdmax Ts là t ỷ ệ  l fading

ẩ ằ ộ ượ ư ự ạ ượ c c đ i đ ố c chu n hoá b ng t c đ  symbol. Nó đ ẩ ủ   c dùng nh  1 tiêu chu n c a

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

36

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ ươ ươ ệ ố ả ớ ộ b  nh  kênh. V i kênh fading t ng đ ằ ng h  s  này n m trong d i 0< f dmax Ts <1

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ ớ ỉ ớ ạ ủ ượ ch  ra 1 b  nh  kênh gi i h n. Hàm t ự ươ  t ng quan c a quá trình fading đ ở   c cho b i

t

=

(

)

(

)

R

J

f

p 2

công th c:ứ

t dm

0

ax

(2.6)

ậ ạ Trong đó J0 (.) là hàm Bessel b c 0 lo i 1.

2.4.1.2  Fading Rician

ườ ư ườ ợ ệ ế ề ộ ộ Trong m t vài tr ng h p nh  đ ng truy n v  tinh, kênh vô tuy n di đ ng vi

ồ ạ ệ ồ ế t ề ơ ả  bào, v  c  b n là t n t ự i tia tr c ti p ( ự   ế LOS). Tín hi u thu bao g m 1 tia sóng tr c

ự ế ế ệ ả ạ ổ ộ ti p và các tia ph n x . Sóng tr c ti p là tín hi u có biên đ  không thay đ i. Các

ộ ậ ủ ệ ẫ ạ ả ổ ượ ọ sóng ph n x  là tín hi u ng u nhiên đ c l p. T ng c a chúng đ c g i là thành

ố ượ ủ ệ ầ ả ph n phân tán c a tín hi u thu. Khi s  l ầ   ạ ớ ng các sóng ph n x  l n, các thành ph n

s

ủ ư ệ ẫ ặ ớ   vuông góc c a tín hi u phân tán có đ c tính nh  quá trình ng u nhiên Gaussian v i

2 s

ươ ườ ủ ầ trung bình 0 và ph ng sai . Đ ng bao c a các thành ph n phân tán có phân b ố

ủ ự ế ầ ầ ấ ổ ế   xác su t Rayleigh. T ng c a thành ph n tr c ti p và thành ph n phân tán cho k t

ố ườ ệ ả ớ ủ ở ố qu  là tín hi u v i phân b  đ ng bao Rician. pdf c a phân b  Rician cho b i công

2

(

)

2 a D

th c:ứ

s 22 s

I

e

a

0

0

)

= (cid:0)

( p a

s

s

aD 2 s

a 2 s

<

a

0

0

(cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (2.7) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ự ế ệ ậ ạ Trong đó D2 là công su t tín hi u tr c ti p và  ấ I 0 (.) là hàm Bessel b c 0 lo i 1

ả ử ổ ệ ấ ượ ẩ Gi s  t ng công su t tín hi u trung bình đ ằ c chu n hoá b ng 1, pdf trong

2

(

) K K a 1

ở (2.7) tr  thành:

+

+

(

)

) K e

( a K K

I

a

( a 2 1

2

) 1

0

0

)

= (cid:0)

( p a

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

<

a

0

0

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

37

GVHD: Lâm H ng Th ch

(cid:0) (cid:0)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ượ ị ỷ ố ủ ế ớ Trong đó K là h  s  Rician, đ c đ nh nghĩa là t ự  s  c a tia tr c ti p v i các

2

=

K

ệ ố ầ ượ ứ ở thành ph n phân tán. H  s  Rician đ c cho b i công th c:

D s 22 s

(2.8)

ị ươ ủ ế ẫ ố ượ Giá tr  trung bình và ph ng sai c a bi n ng u nhiên phân b  Rician đ c cho

ứ ở b i công th c:

+

(

) K I

+ 1

0

KI 1

K 2

K 2

K 2

=

e

am

p +

K

1 2 1

s

= - 1

2 a

2 am

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

ỏ ỉ ạ ậ ị ị ớ   Trong đó I1 (.) là hàm bessel lo i 1 b c 1. Giá tr  K nh  ch  ra kênh b  fading l n.

ự ế ặ ớ ở V i K = 0 thì không có tia tr c ti p và pdf Rician tr  thành pdf Rayleigh. M t khác

ự ệ ậ ớ ỏ ị ỉ ị ớ giá tr  K l n ch  ra kênh b  fading nh . V i K ti m c n vô c c thì không có fading và

ả ở ế k t qu  là kênh tr  thành kênh AWGN.

ề ệ ố ổ ộ 2.5 T ng quan v  h  th ng thông tin di đ ng MIMO

ớ ệ 2.5.1 Gi i thi u

ố ớ ầ ượ ệ ố ế Các yêu c u đ i v i dung l ế   ễ ng trong các h  th ng vi n thông vô tuy n khi n

ượ ủ ộ ế ụ ị cho dung l ệ ố ng c a các h  th ng di đ ng t ề    bào, Internet và các d ch v  truy n

ươ ệ ả ộ ộ ở ệ ộ thông đa ph ng ti n bu c ph i tăng lên m t cách nhanh chóng ặ    di n r ng. M t

ổ ầ ề ượ ủ khác, tài   nguyên v  ph  t n s  l ố ạ ị ớ ạ i b  gi i h n và dung l ệ ố   ng c a các h  th ng

ứ ẽ ể ượ ế ề ặ ự ệ thông tin s  không th  đáp  ng đ c n u không có s  gia tăng v  m t hi u su t s ấ ử

ổ ầ ư ế ể ộ ậ   ụ d ng ph  t n. Các ti n b  trong mã hóa, nh  là mã turbo và mã ki m tra parity m t

ề ệ ạ ộ ấ low density parity check codes), đã t o đi u ki n thu n l đ  th p ( ậ ợ ể ạ ượ   c i đ  đ t đ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

38

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ ạ ượ ệ ố ế ớ ộ ơ gi i h n dung l ng Shannon trong các h  th ng v i m t liên k t anten đ n. Các

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ắ ớ ề ệ ấ ử ụ ệ ậ ọ ả ế c i ti n quan tr ng s p t ổ ầ i v  hi u su t s  d ng ph  t n là t p trung vào vi c tăng

ở ả ố ượ s  l ng anten c  máy phát và máy thu.

ươ ế ớ ạ ượ Trong ch ẽ ề ậ ng này, ta s  đ  c p đ n các gi ề ặ i h n v  m t dung l ơ ả   ng c  b n

ề ẫ ố ớ đ i v i truy n d n qua kênh MIMO ( Multiple­input multiple­output). Các gi ớ ạ   i h n

ượ ấ ử ụ ổ ậ ổ ủ ẽ ệ ề ặ v  m t dung l ng này s  làm n i b t hi u su t s  d ng ph  c a kênh MIMO, s ẽ

ớ ố ượ ấ ỉ ườ ưở ế tăng x p x  tuy n tính v i s  l ng anten (trong tr ợ ng h p lý t ng). Dung l ượ   ng

ộ ữ ệ ố ụ ể ạ ượ ớ ộ ẽ ượ ậ s  đ ở ố c t n d ng b i t c đ  d  li u t i đa có th  đ t đ c v i m t xác su t l ấ ỗ   i

ả ượ ễ ệ ấ ở ộ ờ th p tùy ý mi n là tín hi u ph i đ c mã hóa b i m t mã không gian­th i gian dài

ể ượ ộ ầ ử ớ tùy ý. M t kênh MIMO có th  đ c hình dung v i các dãy anten đa ph n t . Vì s ự

ủ ế ủ ự ề ằ ệ quan tâm ch  y u c a ta nh m vào s  lan truy n trong các kênh riêng bi ữ t gi a các

ở ộ ặ c p anten phát và thu cho tr ướ ượ c đ c mô hình hóa b i m t quá trình fading Rayleigh

ộ ậ Ở ẳ ớ ạ ệ ườ ẹ ợ ph ng đ c l p. đây, ta gi i h n vi c phân tích tr ng h p kênh băng h p do đó

ể ượ ả ở ầ ẳ ố chúng có th  đ c mô t b i các mô hình t n s  ph ng ( frequency flat). K t quế ả

ượ ổ ư ộ ả ằ ộ ơ đ c t ng quát hóa cho các kênh băng r ng, đ n gi n b ng cách xem nh  m t kênh

ộ ậ ư ủ ự ẹ ộ ợ ề băng r ng nh  là m t t p h p c a nhi u kênh băng h p tr c giao. Các mô hình

ự ế ườ ố ườ ớ Rayleigh là th c t cho các môi tr ng có s  đ ng tán xa l n. Trong các kênh

ệ ộ ượ ừ ỗ ẻ ẽ ộ ậ fading Rayleigh đ c l p, m t tín hi u đ c phát t m i anten phát riêng l ấ    s  xu t

ệ ươ ạ ộ ế ế ẫ ả ỗ hi n không t ng quan t i m i anten thu. D n đ n m t k t qu  là tín hi u t ệ ươ   ng

ươ ộ ấ ệ ớ ỗ ệ ề ặ ạ đ ẽ ng v i m i anten phát s  có m t d u hi u phân bi t v  m t không gian t ộ   i m t

anten thu.

ộ ậ ể ượ ấ ỉ Mô hình kênh fading Rayleigh đ c l p có th  đ c x p x  hóa trong các kênh

ầ ử ớ ớ ướ ữ ề ả ơ ơ MIMO n i mà kho ng cách gi a các anten ph n t l n h n nhi u so v i b c sóng

ộ ộ ủ ặ ộ ươ ố ớ ớ ủ c a sóng mang ho c đ  r ng c a góc mà sóng tác đ ng là t ơ   ng đ i l n (l n h n

ộ ườ ệ ố ế ế ố 300). M t ví d  c a kênh này là đ ụ ủ ng xu ng trong h  th ng vô tuy n t bào. Ở    các

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

39

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ượ ạ ệ ặ ươ tr m g c đ c đ t trên cao, các tín hi u thu đ ượ ừ c t anten là t ng quan do góc tác

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ớ ầ ử ệ ề ỏ ủ ộ đ ng nh  c a sóng t i và vi c chia anten ra thành nhi u anten ph n t ầ  là c n thi ế   t

ượ ầ ử ữ ệ ế ậ ể đ  thu đ ộ ậ c các tín hi u đ c l p gi a các ph n t ơ  anten lân c n h n là n u góc tác

ớ ớ ử ỉ ề ế ế ả ằ ấ ủ ộ đ ng c a sóng t i l n. Có r t nhi u k t qu  đo th  ch  ra r ng n u 2 anten thu đ ượ   c

ấ ự ậ ạ ể ạ ả ố ử ụ s  d ng đ  cungc p s  phân t p t i máy thu tr m g c, chúng ph i có trên 10 b ướ   c

ể ả ươ ự ỉ ấ sóng đ  cung c p kh  năng gi ả ươ i t ng quan. T ng t ằ   , các phép đo cũng ch  ra r ng

ượ ườ ư ậ ạ ậ ế ị ầ ả ể đ  có đ c cùng môi tr ng phân t p nh  v y t i các thi t b  c m tay, nó ph i chia

ả ướ ủ đ  các anten rathành kho ng 3 b c sóng.

ệ ố 2.5.2 Mô hình h  th ng MIMO

ộ ệ ố ể ể ả ơ ớ nT Chúng ta cùng kh o sát m t h  th ng MIMO đi m­đi m đ n v i các dãy

ệ ố ế ậ ộ anten phát và nR anten thu. Ta t p trung vào m t mô hình h  th ng tuy n tính băng

ố ượ ả ờ ạ ề ặ ầ t n g c ph c ( ứ complex baseband linear system) đ c miêu t ờ    r i r c v  m t th i

ố ệ ố ơ ồ ượ ệ ượ ở ỗ gian. S  đ  kh i h  th ng đ c cho trên hình 2.1. Tín hi u đ c phát m i chu k ỳ

ượ ả ở ậ ộ symbol đ c miêu t b i m t ma tr n c t ộ x kích th c ướ nT × 1, trong đó, thành ph nầ

ệ ạ ượ ừ ộ ệ th  ứ i là xi đ i di n cho tín hi u đ c phát t anten i. Xét m t kênh Gaussian, theo lý

ố ố ế ấ ủ ệ thuy t thông tin [9], hàm phân b  t t nh t c a tín hi u phát cũng là Gaussian. Do đó,

ầ ử ủ ượ ố ồ ư ế ế các ph n t c a x đ ấ ộ ậ   c xét đ n nh  các bi n Gaussian phân b  đ ng nh t đ c l p

ệ ậ ươ (i.i.d: independent identically distributed) trung bình 0. Ma tr n hi p ph ủ   ng sai c a

=

}H

{ E xx

ệ ượ ở tín hi u phát đ c cho b i:

xxR

(2.10)

ỳ ọ ệ ủ ể ễ Trong đó, E{.} ký hi u cho k  v ng và toán t ử H bi u di n Hermitian c a ma A

ứ ừ ể ậ ợ ị tr n A, có nghĩa là chuy n v  và liên h p ph c t ng thành ph n ( ầ componentwise) c aủ

ậ ấ ổ ượ ấ ấ ố ượ ấ ở ị ma tr n A . T ng công su t phát đ c  n đ nh b i P, b t ch p s  l ng anten phát

ể ượ ư ể nT.  Nó có th  đ ễ c bi u di n nh  sau:

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

40

GVHD: Lâm H ng Th ch

P = tr(Rxx) (2.11)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ ượ ệ ậ ầ ử ằ ổ ế ủ V i ớ tr(A) ký hi u v t c a ma tr n A, đ t đ ủ c b ng t ng c a các ph n t trên

ườ ư ượ ủ ế ậ đ ng chéo c a ma tr n A . N u kênh ch a đ c bi ế ạ t t i máy phát, ta gi ả ử ằ    s  r ng

ệ ượ ừ ầ ử ẻ ấ ằ các tín hi u đ c phát t các ph n t anten riêng l ằ    có công su t b ng nhau và b ng

=

I

R xx

ệ ậ ươ ủ ệ ượ ở P/ nT . Ma tr n hi p ph ng sai c a tín hi u phát đ c cho b i:

n T

P n T

(2.12)

TnI

ủ ẹ ệ ơ Trong đó, ậ  là ma tr n đ n v ị nT × nT . Băng thông tín hi u phát là đ  h p đ ể

ầ ố ủ ể ượ ứ ư ẳ đáp  ng t n s  c a nó có th  đ c xem nh  là ph ng. Nói cách khác, ta gi ả ử ằ    s  r ng

kênh là không nh  (ớ memoryless).

ơ ồ ố ủ ộ ệ ố Hình 2.7  S  đ  kh i c a m t h  th ng MIMO

ượ ả ở ể ậ ở ộ Kênh đ c mô t b i m t ma tr n ph c ầ   ứ nR × nT , bi u di n b i H. Thành ph n ễ

ủ ậ ượ ệ ố ể ễ ừ th  ứ ij c a ma tr n H, đ ệ c ký hi u b i ở hij , bi u di n các h  s  fading kênh t anten

ế ườ ả ử ằ ấ ậ phát thứ j đ n anten thu th ứ i. Thông th ng, ta gi s  r ng công su t nh n đ ượ   c

ề ặ ậ ớ ổ ằ ấ ỗ ố ớ đ i v i m i nhánh c a ủ nR nhánh thu b ng v i t ng công su t phát. V  m t v t lý, nó

ế ệ ạ ả ỏ ề   có nghĩa là ta b  qua suy gi m và khu ch đ i tín hi u trong quá trình lan truy n,

ộ ợ ẽ ượ ớ ạ ầ ử ủ ẩ ồ g m có đ  l i ante. Do đó, ta s  thu đ c gi i h n chu n cho các ph n t c a H,

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

41

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ố ố ị ư ớ ộ trên m t kênh v i các h  s  c  đ nh, nh  sau:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

2

Tn

=

=

n

1, 2,,...,

h ij

n i , T

R

j

= 1

(cid:0) (2.13)

ầ ử ự ế ậ ẩ Khi các ph n t ẫ  ma tr n kênh là các bi n ng u nhiên, s  chu n hóa s  đ ẽ ượ   c

ị ượ ợ ủ ứ ả ử ằ ậ ụ d ng vào giá tr  đ ể c mong đ i c a bi u th c trên. Ta gi s  r ng ma tr n kênh

ượ ư ượ ậ đ c bi ế ạ t t i máy thu nh ng không luôn luôn đ c bi ế ạ t t i máy phát. Ma tr n kênh

ể ượ ạ ề ằ ộ ỗ có th  đ c đánh giá t i máy thu b ng cách truy n m t chu i trainning. Thông tin

ạ ượ ể ượ ế ề tr ng thái kênh CSI đ c đánh giá có th  đ ộ   c truy n đ n máy phát thông qua m t

ồ ế ầ ử ủ ể ặ ậ ậ ị kênh h i ti p tin c y. Các ph n t ẫ    c a ma tr n kênh H có th  là xác đ nh ho c ng u

ẽ ậ ụ ề ế ớ ợ ồ   nhiên. Ta s  t p trung vào các ví d  thích h p v i truy n thông vô tuy n bao g m

ầ ử ủ ố ế ậ ầ các phân b  Rayleigh và Rician c a các ph n t ma tr n kênh. Trong h u h t các

ể ề ả ố ế   hoàn c nh, ta xem xét phân b  Rayleigh vì nó tiêu bi u cho lan truy n vô tuy n

ễ ạ ẳ ầ ượ ả ở ộ không theo t m nhìn th ng NLOS. Nhi u t i máy thu đ c miêu t ậ    b i m t ma tr n

ầ ủ ế ệ c t ộ nR × 1, ký hi u b i ở n. Các thành ph n c a nó là các bi n Gaussian trung bình 0

ứ ộ ậ ệ ậ ố ươ ủ ượ ở ph c đ c l p th ng kê. Ma tr n hi p ph ễ ng sai c a nhi u máy thu đ c cho b i:

Rnn = E{nnH} (2.14)

ự ươ ế ầ ủ ữ ệ ậ N u không có s  t ng quan gi a các thành ph n c a n, ma tr n hi p ph ươ   ng

2

s

ạ ượ đ t đ ư c nh  sau:

RnI

Rnn = (2.15)

ễ ấ ấ ỗ ồ M i nhánh c a ủ nR nhánh thu có công su t nhi u đ ng nh t là σ2 . Máy thu sẽ

ự ệ ự d a vào nguyên lý maximum­likelihood th c hi n thông qua nR anten thu. Các tín hi uệ

ượ ệ ỗ ể ễ ậ ở ộ thu đ c bi u di n b i m t ma tr n c t ộ nR ×1 , ký hi u b i ở r, trong đó m i thành

ứ ệ ệ ấ ầ ạ ộ ạ ph n ph c đ i di n cho m t anten thu. Ta ký hi u công su t trung bình t i ngõ ra

ỗ ỷ ố ạ ỗ ượ ị ủ c a m i anten thu là Pr . T  s  SNR trung bình t i m i anten thu đ c đ nh nghĩa

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

42

GVHD: Lâm H ng Th ch

ư nh  sau:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

g

=

rP d 2

(2.16)

ả ế ằ ớ ổ ấ ằ ổ Vì ta đã gi thi ấ   t r ng t ng công su t thu trên anten b ng v i t ng công su t

ỷ ố ớ ỷ ố ữ ổ ễ ấ ấ ằ phát, t s  SNR b ng v i t s  gi a t ng công su t phát và công su t nhi u trên

g

=

ộ ậ ể ượ anten thu và nó đ c l p v i ớ nT. Do đó, nó có th  đ c vi ế ạ t l ư i nh  sau:

P d 2

(2.17)

ử ụ ế ằ ơ ể ượ ả ư B ng cách s  d ng mô hình tuy n tính, vect thu có th  đ c mô t nh  sau:

r = Hx + n (2.18)

ệ ậ ươ ủ ệ ượ ị Ma tr n hi p ph ng sai c a tín hi u thu, đ c đ nh nghĩa b i ở E{rrH }, b ng ằ

ượ ở ử ụ cách s  d ng, đ c cho b i:

(2.19) Rrr = HRxxHH

ể ượ ệ ổ ể ằ ấ Trong khi t ng công su t tín hi u thu có th  đ ễ c bi u di n b ng tr(Rrr) .

ế ậ ươ 2.6  K t lu n ch ng

ươ ề ậ ữ ế ươ ư ố Ch ng 2 đ  c p đ n nh ng ph ng pháp mã hoá trong 3G nh : Mã kh i, Mã

ắ ươ ệ ố xo n, Mã turbo. Các ph ng pháp mã hoá này đã giúp cho h  th ng 3G nâng cao

ấ ử ụ ệ ầ ượ hi u su t s  d ng băng t n và dung l ng kênh trong quá trình download và upload

ệ ố ớ ươ ệ ả so v i các h  th ng GSM và GPRS. Các ph ng pháp này giúp c i thi n dung l ượ   ng

ụ ổ ể ướ ề ấ ơ ị ớ ộ ệ ố ệ ố h  th ng, cung c p nhi u h n các d ch v  c  đi n h ng t i m t h  th ng thông tin

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

43

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ơ ươ ầ ử ụ ứ ủ ườ ộ di đ ng t t h n trong t ng lai đáp  ng nhu c u s  d ng c a ng i tiêu dùng.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ƯƠ Ề Ch ng  3      CÁC PH Ấ Ử Ụ   NG PHÁP MàHÓA KÊNH Đ  XU T S  D NG

TRONG 4G

ữ ườ ử ụ ế ề ợ Nh ng ng i s  d ng vô tuy n không không dây hôm nay mong đ i nhi u th ứ

ọ ờ ợ ằ ế ạ ạ ớ ừ l n t ế    các m ng vô tuy n không dây ngày mai. H  ch  đ i r ng các m ng vô tuy n

Th m chí ng

ế ệ ế ẽ ấ ạ ậ ườ không dây th  h  ti p theo nh t là 4G s  mang l i gì? i ta mong

ố ằ ư ượ ạ ượ ớ ế ị ầ ở mu n r ng l u l ng tho i đ ề c truy n đi t i các thi t b  c m tay trong các gói

ượ ệ ể ạ ớ (trái ng c v i vi c phân phát thông qua kênh chuy n m ch dành riêng). ẽ ư    Nó s  đ a

ứ ế ệ ỗ ộ ế ra m t chu i các nghiên c u ti p theo cho các công ngh  vô tuy n không dây đang

ự ứ ụ ứ ụ ệ ấ ị ậ xu t hi n. S  nghiên c u này t p chung chính vào các  ng d ng (các d ch v  và các

ể ủ ứ ự ế ạ ạ ị thách th c) đang ho ch đ nh cho s  phát tri n c a m ng vô tuy n không dây th  h ế ệ

ứ ư ữ ệ ộ ộ ệ ấ th  t ớ    4G.Công ngh  4G là cung c p thông tin d  li u gói hóa, đ  r ng băng l n,

ể ạ ộ ớ ỹ ậ ố t c đ  cao. Chuy n m ch kênh liên quan t i k  thu t trong đó các kênh dành riêng

ượ ử ụ ữ ệ ữ ệ ự ệ ể ậ đ ạ   c s  d ng đ  phát và nh n tín hi u tho i hay d  li u. S  thông tin d  li u gói

ớ ỹ ữ ệ ệ ạ ậ ố hóa liên quan t i k  thu t báo hi u s  trong đó thông tin (tho i hay d  li u) đ ượ   c

ể ị ượ ắ ắ chuy n thành mã nh  phân và đ ạ c chia c t thành các đo n ng n (segments).Ph ươ   ng

ờ ượ ề ấ ể ử ụ ữ ớ pháp Mã hóa không gian th i gian đ ặ   c đ  xu t đ  s  d ng trong 4G v i nh ng đ c

ố ụ ứ ằ ươ ướ ệ ố ủ ế tính t t nh m đáp  ng m c tiêu đa ph ệ ng ti n h ạ   ng đ n c a h  th ng m ng

ươ trong t ng lai.

ươ ờ 3.1 Ph ng pháp mã hóa không gian ­ th i gian

ớ 3.1.1 Gi ệ i thi u

ộ ệ ố ộ ố ượ ố ớ ộ ớ Đ i v i m t h  th ng có m t s  l ng l n anten phát và thu, m t kênh fading

ộ ậ ư ẳ ượ ế ẽ ộ ph ng đ c l p nh  đã bi ế ạ t t i máy thu, dung l ớ   ng s  tăng m t cách tuy n tính v i

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

44

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ố ượ s  l ng anten t ể i thi u.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ự ế ộ ệ ầ ượ ủ M t cách th c t ả ể ế  và hi u qu  đ  đ n g n dung l ế   ng c a các kênh vô tuy n

ự ệ ờ MIMO (Multiple­input multiple­output) là th c hi n mã hóa không gian­th i gian ST

ộ ỹ ậ ờ ượ (Space­time). Mã hóa không gian­th i gian là m t k  thu t mã hóa đ c thi ế ế ể  t k  đ

ề ớ ượ ự ề ệ ả ử ụ s  d ng v i nhi u anten phát. Mã hóa đ c th c hi n trong c  2 mi n không gian và

ự ươ ờ ữ ệ ượ ừ ể ư th i gian đ  đ a vào s  t ng quan gi a các tín hi u đ c phát t các anten khác

ạ ỳ ờ ự ươ ờ nhau t i các chu k  th i gian khác nhau. S  t ng quan không gian­th i gian đ ượ   c

ể ố ể ỗ ề ở ử ụ s  d ng đ  khai thác fading kênh MIMO và t i thi u hóa l i truy n máy thu. Mã

ể ạ ượ ộ ợ ộ ợ ậ ờ hóa không gian­th i gian có th  đ t đ c đ  l i phân t p phát và đ  l ấ   i công su t

ượ ệ ố ơ h n các h  th ng không đ ẫ c mã hóa không gian mà v n không làm hao phí băng

ề ướ ấ ồ Space­ thông. Có nhi u h ng khác nhau trong c u trúc mã hóa, bao g m mã STBC (

time block codes), STTC (Space­time trellis codes), ST turbo TC (Space time turbo

ế ả ấ ả trellis codes) và mã LST (layered space­time). K t qu  chính trong t t c  các s  đ ơ ồ

ệ ứ ự ườ ể ạ ượ ệ ề ả trên là s  khai thác các hi u  ng đa đ ng đ  đ t đ ổ ầ   c các hi u qu  cao v  ph  t n

ộ ợ và đ  l ạ ộ i ho t đ ng.

ệ ố ờ 3.1.2 Các h  th ng mã hóa không gian th i gian

ộ ệ ố ề ượ ờ Ta xét m t h  th ng truy n thông đ ầ   c mã hóa không gian­th i gian băng t n

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

45

GVHD: Lâm H ng Th ch

ư ượ ố ớ nT anten phát và nR anten thu, nh  đ g c v i c trình bày trên hình 4.1.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ầ ộ ố Hình 3.1  M t mô hình h  th ng băng t n g c

ữ ệ ượ ộ ộ ạ ờ ở D  li u phát đ ỗ   c mã hóa b i m t b  mã hóa không gian­th i gian. T i m i

t,ct

2,...,ct

ố ộ ờ ị ượ ở th i đi m ể t, m t kh i m symbol thông tin nh  phân, đ ệ c ký hi u b i:

m)

ct = (c1 (3.1)

ượ ư ủ ộ ờ ộ Đ c đ a vào ngõ vào c a b  mã hóa không gian­th i gian. B  mã hóa không

ạ ờ ị ẽ gian­th i gian s  ánh x  kh i ố m symbol nh  phân ngõ vào này thành nT symbol đi uề

m đi m. D  li u đã đ

ế ừ ộ ộ ệ ữ ệ ể ượ ẽ ượ ư ch  t m t b  tín hi u M = 2 c mã hóa s  đ c đ a vào b ộ

ổ ừ ố ế ể ấ ộ ể chuy n đ i t n i ti p sang song song ( S/P) đ  xu t ra m t chu i ỗ nT symbol song

2

1

=

ượ ắ ế ộ song, đ c s p x p thành m t vecto c t ộ nT ×1

(

,

,

)tn T

x t

x t

x t

x t

(3.2)

ị ủ ể ộ Trong đó, T có nghĩa là chuy n v  c a m t ma tr n. ậ nT ngõ ra song song đ cượ

ờ ậ ồ phát đ ng th i b i ờ ở nT anten phát khác nhau, nh  v y mà symbol xi,1 ≤ i ≤ nT, đ cượ

ấ ả ượ ề ả ờ ở phát b i anten i và t t c  các symbol đ ộ c phát đ u có cùng m t kho ng th i gian T

ơ ề ế ừ ư ượ (giây). Vect symbol đi u ch  mã hóa t các anten khác nhau, nh  đ ỉ c ch  ra ở

ượ ọ ờ ệ ấ (3.2), đ c g i là symbol không gian­th i gian ( space­time symbol). Hi u su t ph ổ

h =

=

ủ ệ ố c a h  th ng là

m

br B

bit/s/Hz (3.3)

ề ệ ấ ố ộ ổ Trong đó, rb là t c đ  bit và B là băng thông kênh truy n. Hi u su t ph  trong

ổ ủ ệ ấ ằ ớ ớ ộ ộ ệ ố (3.3) b ng v i hi u su t ph  c a m t h  th ng không mã hóa v i m t anten phát.

ề ở ả ố ớ ạ Nhi u anten ộ  c  máy phát và máy thu t o ra m t kênh MIMO. Đ i v i thông tin di

ế ừ ộ ể ượ ế ế ỗ ộ ộ đ ng vô tuy n, m i liên k t t m t anten phát đ n m t anten thu có th  đ c mô

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

46

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ẳ ở ả ử ằ ớ hình hóa b i fading ph ng, n u ta gi ề  s  r ng kênh truy n là không nh .

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ằ ộ ố ỗ ệ ố Trong m t kênh fading nhanh, các h  s  fading là h ng s  trong m i chu k ỳ

ổ ừ ộ ạ symbol và thay đ i t m t symbol này sang symbol khác. T i máy thu, tín hi u t ệ ạ   i

ộ ự ồ ệ ế ở ị m i ỗ nR anten thu là m t s  ch ng nhi u c a ễ ủ nT tín hi u phát b  suy bi n b i fading

ệ ạ ờ ượ ể kênh. T i th i đi m t, tín hi u thu đ ượ ạ c t i anten j,  j= 1, 2, …, nR, đ ở   ệ c ký hi u b i

t ,đ

Tn

j

=

+

ượ rj ở c cho b i

r t

i n t

t i h x j i t ,

i

= 1

(cid:0) (3.4)

tn  là thành ph n nhi u c a anten thu

ễ ủ ầ ạ ể ẫ ờ ộ V i ớ i j t ộ   i th i đi m t. Nó là m t m u đ c

ậ ộ ứ ế ẫ ớ ổ ậ ủ l p c a bi n ng u nhiên Gaussian ph c trung bình 0 v i m t đ  ph  công su t ấ N0.

ả ệ ạ ể ằ ờ ộ Ta miêu t các tín hi u thu đ ượ ừ nR anten thu t c t i th i đi m t b ng m t vect ơ ộ    c t

2

nR×1.

r =

t

1 r r , t t

( ,..., )Rn T (3.5) r t

ễ ạ ể ượ ả ở ượ ệ Nhi u t i máy thu có th  đ c mô t ộ  b i m t vect ơ ộ nR × 1, đ c t c ký hi u

T

=

(

,...,

)Rn

n t

1 2 n n , t t

n t

(3.6)

b i ở nT

ầ ẽ ỉ ế ễ ạ ẫ ỗ ộ ộ Trong đó, m i thành ph n s  ch  đ n m t m u nhi u t i m t anten thu. Do đó,

ơ ượ ể ượ ư ể vect ệ  tín hi u thu đ c có th  đ ễ c bi u di n nh  sau:

(3.7)

rt = Ht xt + nt

ả ử ằ ộ ả ạ ẽ ử ụ ậ ộ maximum­ Ta gi s  r ng b  gi i mã t i máy thu s  s  d ng m t thu t toán

ụ ể ằ ỗ ạ   likelihood đ  khôi ph c chu i thông tin đã phát và r ng máy thu có thông tin tr ng

ưở ặ ạ thái kênh CSI lý t ng trên kênh MIMO. M t khác, máy phát l i không có thông tin

ế ị ạ ố ượ ề v  kênh. T i máy thu, s  metric quy t đ nh đ ự c tính toán d a trên bình ph ươ   ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

47

GVHD: Lâm H ng Th ch

ữ ả ỗ ả ế ự ự ư ỗ kho ng cách Euclidean gi a chu i thu gi thi t và chu i thu th c s   nh  sau:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

2

n T

n T

i

r t

t i h x j i t ,

t

j

i

= 1

= 1

- (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.8)

ộ ả ộ ừ ẽ ọ ớ ố ấ ỏ B  gi i mã s  ch n m t t ỗ   ế ị  mã v i s  metric quy t đ nh nh  nh t làm chu i

ả gi i mã.

ờ ặ ủ 3.2   Phân tích đ c tính c a mã không gian th i gian

ụ ặ ờ Ta phân tích đ c tính mã hóa không gian th i gian qua hai ví d  sau:

Ví d :ụ

ờ ờ ể ạ Ví d  1:ụ  Mã không gian­th i gian chuy n m ch th i gian (Time­Switch

Space­Time Code)

ể ạ ộ ờ ờ Chúng ta hãy xét m t mã không gian­th i gian chuy n m ch th i gian (TSSTC)

sau:

X

= (cid:0)

x t 0

0 x t

(cid:0)  (3.9)  (cid:0) 

ệ ố ạ ộ ờ ỗ ộ ỉ Trong h  th ng này, ch  có m t anten ho t đ ng trong m i khe th i gian và

ượ ề ượ ừ ạ ể ờ symbol đ c đi u ch ế xt đ c phát t anten 1 và 2 t i th i đi m 2 t và 2t +1 t ngươ

ứ ế ượ ề ỗ ở ng. Vì m i symbol đi u ch  đ c phát ờ  2 khe th i gian, t ỷ ệ  l mã hóa là ½.

ˆ X

= (cid:0)

ˆ x t 0

0 ˆ x t

(cid:0)  ậ Ma tr n: (3.10)  (cid:0) 

x t

x(cid:0) ˆ t

ừ ớ ữ ậ ừ là t mã khác v i ệ  . Ma tr n hi u mã gi a 2 t mã là:

0

x t

ˆ x t

)

( ˆ, B X X

= (cid:0)

0

x t

ˆ x t

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

48

GVHD: Lâm H ng Th ch

- (cid:0)  (3.11)  - (cid:0) 

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

)ˆ,

( ậ   B X X   là  r  = 2 . Chú ý r ng các ma tr n

x t

x(cid:0) ˆ t

(

HB

)ˆ,

)ˆ, ( B X X ⋅

ậ ậ ằ Vì ủ   nên b c c a ma tr n

)ˆ, ( A X X  và

( B X X  có cùng b c và

)ˆ, ( A X X  =

)ˆ, X X  H  th ng này ệ ố

ậ

ộ ợ ố ượ ế ậ ố ớ ộ ạ ượ đ t đ c đ  l i phân t p là 2 n u s  l ng anten thu là 1. Đ i v i m t anten thu

1 và rt

2 t

ệ ể ệ ở rt ơ đ n, các tín hi u thu đ ượ ạ c t ờ i các th i đi m 2 t và 2t +1, ký hi u b i ngươ

=

+

1 r t

1 h x t t

1 n t

ứ ượ ở ng, đ c cho b i:

2

=

+

r t

2 h x t t

2 n t

(3.12)

th và

2 ữ th  là các h  s  fading kênh gi a anten phát 1, 2 và anten thu t

ệ ố V i ớ 1 ươ   ng

1 tn   và

2 ẫ tn   là các m u nhi u t

ứ ễ ạ ể ươ ứ ng, ờ i các th i đi m 2 t  và 2t  +1 t ng  ng. Gi ả ử   s

ượ ế ạ ộ ả maximum ệ ố ằ r ng   các   h   s   fading   đ c   bi t   hoàn   toàn   t i   máy   thu.   B   gi i   mã

ẽ ộ ừ ậ ế ể ố ề ợ ể ọ likelihood s  ch n m t tín hi u ệ xt′ t ệ  t p h p tín hi u đi u ch  đ  t i thi u hóa s ố

2

2

+

(

)

(

)

d

d

'

'

ươ ả metric bình ph ng kho ng cách Euclidean:

1 1 r h x , t t t

2 2 r h x , t t t

(3.13)

ự ươ ệ ộ ố D a vào ph ế   ự ng pháp MRC, máy thu xây d ng m t tín hi u th ng kê quy t

=

+

(

(

% x t

1 * 1 r h ) t t

2 * 2 r h ) t t

*

*

2

2

ượ ị đ nh, đ ệ c ký hi u b i ở ' tx :

=

+

+

+

(

)

(

)

(3.14)

)

(

1 h t

2 h t

1 h t

1 n t

2 h t

2 n t

x t

2

2

=

+

(

)

ắ ể ượ Quy t c mã hóa maximum likelihood có th  đ c vi ế ạ t l ư i nh  sau:

)

d

arg min

- + 1

(

' x t

1 h t

2 h t

' % x x , t t

(3.15)

ể ờ ơ ớ ộ ờ ạ Mã hóa không gian­th i gian chuy n m ch th i gian v i m t anten thu đ n có th ể

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

49

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ợ ộ ệ ố ậ ậ ớ ạ ượ đ t đ c cùng đ  l ư i phân t p v i 2 anten thu nh  là m t h  th ng phân t p thu

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ạ ờ ờ ỉ MRC 2 nhánh. Tuy nhiên, mã hóa không gian­th i gian chuy n m ch th i gian ch  là

ớ ệ ố ậ ặ ố ơ bán t c và có đ c tính kém h n 3 dB so v i h  th ng phân t p thu MRC.

ụ ặ Ví d  2: Mã l p

ế ụ ằ ộ ờ Ta ti p t c xét m t mã không gian­th i gian b ng cách phát các symbol đ ượ   c

ề ừ ậ ừ ờ ượ ở ế ố đi u ch  gi ng nhau t 2 anten. Ma tr n t mã không gian­th i gian đ c cho b i:

X

= (cid:0)

x t x t

(cid:0)  (3.16)  (cid:0) 

tx% , ma tr nậ

ỷ ệ ố ớ ấ ỳ ừ ệ T  l mã hóa là 1. Đ i v i b t k  2 t mã riêng bi t nào v i ớ xt ≠

ệ ừ ượ ở hi u t mã đ c cho b i:

)

( ˆ, B X X

= (cid:0)

x t x t

ˆ x t ˆ x t

- (cid:0)  (3.17)  - (cid:0) 

ấ ủ ể ậ ặ ặ ố ỉ ư ộ   Hi n nhiên, c p c a ma tr n ch  là 1. Do đó, mã l p có đ c tính gi ng nh  m t

ệ ố h  th ng không phân t p ( ậ nT = nR  = 1)

ờ 3.3  Mã trellis không gian­th i gian (STTC)

ớ 3.4.1  Gi ệ i thi u

ộ ợ ủ ầ ậ ạ ậ STTC cho phép phân t p đ y đ  và đ  l i mã cao, STTC là lo i mã ch p đ ượ   c

ở ộ ườ ấ ậ ặ ợ ệ ợ ớ m  r ng cho tr ng h p MIMO. C u trúc mã ch p đ c bi ề   t phù h p v i truy n

ụ ỉ ử ụ ạ ượ ư ệ ả ơ thông vũ tr ộ  và v  tinh, do ch  s  d ng b  mã hóa đ n gi n nh ng đ t đ ệ   c hi u

ả ờ ươ ả ứ ạ qu  cao nh  vào ph ng pháp gi i mã ph c t p.

ộ ậ ừ ư ử ế ố ự ầ ể ạ ộ ỗ N u nh  STBC x  lý đ c l p t ng kh i ký t đ u vào đ  t o ra m t chu i các

ộ ậ ử ừ ỗ ự ầ ể ạ ừ vector mã đ c l p, thì STTC x  lý t ng chu i ký t ỗ    đ u vào đ  t o ra t ng chu i

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

50

GVHD: Lâm H ng Th ch

ụ ạ ộ ướ ủ ộ vector mã ph  thu c vào tr ng thái mã tr c đó c a b  mã hóa.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ữ ệ ể ằ ộ B  mã hóa các véc tor mã b ng cách dich chuy n các bít d  li u qua thanh ghi

ớ ầ ỗ ộ ỗ ầ ầ ộ ị ị d ch qua K t ng m i t ng có k bít. M i b   n ghép c ng nh  phân v i đ u vào là K

ẽ ạ ể ạ ầ ờ ộ ỗ ầ t ng s  t o ra vector mã n bit cho m i k bit đ u vào. T i m t th i đi m, k bit d ữ

ẽ ượ ệ ầ ủ ầ ủ ầ ầ ị ị li u đ u vào s  đ ầ   c d ch vào t ng đ u tiên c a thanh ghi d ch, k bit c a t ng đ u

ủ ầ ữ ệ ỗ ầ ẽ ạ ế ị ị ẽ ượ s  đ ộ   c d ch vào k bit c a t ng k . M i l n d ch k bit d  li u vào s  t o ra m t

vector mã n bit.

ố ộ T c đ  mã là

ố ầ ủ ị ượ ủ ộ ọ K là s  t ng c a thanh ghi d ch đ c g i là constraint length c a b  mã. Hình

ướ ấ ỗ ướ ộ ồ ụ ộ d i cho ta th y rõ m i vector mã trong mã l i ph  thu c vào kK bit, b  g m k bit

ầ ầ ầ ữ ệ d  li u vào t n đ u tiên và bit c a ủ ố ủ ộ  t ng cu i c a b  mã hóa,

ủ ộ ữ ệ ạ ố ọ ỉ ầ   ầ t ng cu i này g i là tr ng thái c a b  mã hóa, trong khi đó ch  có k bit d  li u đ u

ố ả ưở ớ vào trong mã kh i  nh h ng t i vector mã.

ơ ồ ướ Hình 3.2 S  đ  mã l i

ễ ể ướ ặ ơ ồ ạ Mã l ướ ượ i đ c bi u di n thông qua l i mã (code trellis) ho c s  đ  tr ng thái (

ả ự ế ổ ừ ạ ệ ạ ế ế ạ state diagram) mô t s  bi n đ i t tr ng thái hi n t i sang tr ng thái k  ti p tùy

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

51

GVHD: Lâm H ng Th ch

ầ ộ ữ ệ thu c k bit d  li u đ u vào.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ướ ụ ộ Ví d : B  mã l i k=1, K=3 và n=2

ộ ướ Hình 3.3  B  mã l i k=1, K=3 và n=2

ả ơ ồ ớ Hình 3.3 mô t s  đ  mã hóa v i k=1, K=3 và n=2, hình 3.9 mô t ả ướ  l i mã và

Vector maõ

Traïng thaùi hieän taïi

1

00 = 0

Traïng thaùi keá tieáp 00 = 0

00, 11

11

01

01 = 1

01 = 1

11, 00

0

10

3

00

10

00

10 = 2

10 = 2

10, 01

11

01

11 = 3

11 = 3

01, 10

Löôùi maõ

2 Sô ñoà traïng thaùi

Ngoõ vaøo

1 1 0 1 1 1

Bit vaøo 1

TX1

1 1 1 0 1 0

Bit vaøo 0

TX2

1 0 0 0 0 1

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

52

GVHD: Lâm H ng Th ch

ủ ộ ơ ồ ạ s  đ  tr ng thái c a b  mã

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ướ ơ ồ ạ ớ Hình 3.4  L i mã và s  đ  tr ng thái v i k=1, K=3 và n=2

ệ ậ ẽ ượ ộ ả ươ ố Tín hi u nh n đ ượ ạ c t i máy thu s  đ c b  gi i mã t ng quan t i đa không

ờ ả gian­th i   gian   STMLD   (space­Time   Maximum   Likelood   Decoder)   gi i   mã.   B ộ

ẽ ượ ự ả ậ ườ STMLD s  đ ệ c th c hi n thành gi i thu t vector Viterbi, đ ng mã nào có metric

ấ ẽ ượ ỗ ữ ệ ọ ượ ả ộ ỏ tích lũy nh  nh t s  đ c ch n là chu i d  li u đ c gi i mã. Đ  ph c t o c a b ứ ạ ủ ộ

ả ớ ố ạ ố ạ ả ồ gi i mã tăng theo hàm mũ v i s  tr ng thái trên gi n đ  chòm sao và s  tr ng thái

ướ ộ ộ ữ ệ ớ ố ề ậ ậ ộ mã l i, m t b  STTC có b c phân t p là D truy n d  li u v i t c đ  R bps thì đ ộ

ứ ạ ủ ộ ả ph c t p c a b  gi i mã t  l ỉ ệ ớ ệ ố  v i h  s .

ộ ợ ấ ố ơ ộ ợ ủ ề STTC cung c p đ  l i mã t t h n nhi u STBC đ  l i c a STTC tăng lên khi

ố ạ ủ ướ ộ ợ ứ ạ ủ ấ ơ tăng s  tr ng thái c a l i mã. Tuy nhiên đ  l ề   i ph c t p c a STBC th p h n nhi u

ượ ả ả ơ ờ ộ ứ ạ ủ đ  ph c t p c a STTC, do STBC đ c mã hóa và gi i mã đ n gi n nh  vào các gi ả   i

ậ ử ế ượ ả ả ơ ờ thu t x  lý tuy n tính, nên STBC đ c mã hóa và gi i mã đ n gi n nh  vào các gi ả   i

ậ ử ự ế ứ ụ ế ợ ớ thu t x  lý tuy n tính, nên STBC phù h p v i các  ng d ng th c t ệ ố    trong h  th ng

ơ MIMO h n STTC.

ư ứ ớ ớ Ví dụ : v i mã  k/n=2/3  v i 2 bit vào, 3bit ra  theo đa th c sinh  G(x) nh  sau

G(x)= 5   4   7

7   4   2

ạ ế ế ố ớ ấ ạ ỗ M ch thi t k  có d ng hai nhánh –Vì s  l n nh t trong m i hàng là 7 nên D=2

ộ ễ ầ ỗ ượ ố ự ủ ấ ộ nghĩa là m i nhánh có 2 b  tr .  Các đ u ra đ c đ u n i d a trên các c t  c a ma

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

53

GVHD: Lâm H ng Th ch

ẽ ướ ữ ư ậ tr n gi a các hàng.  Nh  hình v  d i đây

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ủ ả ạ ế ạ ầ ị Ta có  k t qu  tr ng thái d ch chuy n c a m ch và đ u ra

ế ạ Tr ng thái ti p theo Đ u raầ

numInputSymbols: 4 0     8     2    10 0     6     7     1

numOutputSymbols: 8 0     8     2    10 3     5     4     2

numStates: 16 1     9     3    11 1     7     6     0

nextStates: [16x4 double] 1     9     3    11 2     4     5     3

outputs: [16x4 double] 0     8     2    10 4     2     3     5

0     8     2    10 7     1     0     6

ể ử ụ ệ Có th  s  d ng l nh 1     9     3    11 5     3     2     4

t = poly2trellis([3 3],[4 5 7;7 4 1     9     3    11 6     0     1     7

2]); 4    12     6    14 5     3     2     4

ể ể ạ trong mathLab đ  ki m tra l i 4    12     6    14 6     0     1     7

5    13     7    15 4     2     3     5

5    13     7    15 7     1     0     6

4    12     6    14 1     7     6     0

4    12     6    14 2     4     5     3

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

54

GVHD: Lâm H ng Th ch

5    13     7    15 0     6     7     1

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

5    13     7    15 3     5     4     2

ệ ố ờ 3.3.1 H  th ng mã hóa không gian­th i gian

ộ ệ ố ượ ầ ố ớ nT Ta xét m t h  th ng đ ờ c mã hóa không gian­th i gian băng t n g c v i

ư ượ anten phát và nR anten thu, nh  đ c trình bày trên hình 3.5

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.5  S  đ  kh i c a b  mã hóa STTC

ữ ệ ượ ượ ờ ộ D  li u đ c phát sau khi đã đ c mã hóa qua b  mã hóa không gian­th i gian.

=

(

)

ể ạ ỗ ờ ộ ố ị ượ ở T i m i th i đi m t, m t kh i m symbol thông tin nh  phân đ ệ c ký hi u b i:

c t

1 2 c c , t t

,..., m c t

(3.21)

ượ ư ộ ộ ờ ờ Đ c đ a vào b  mã hóa không gian­th i gian. B  mã hóa không gian­th i gian

ữ ệ ạ ố ị ế ừ ộ ậ ề ẽ s  ánh x  kh i m d  li u ngõ vào nh  phân thành nT symbol đi u ch  t ợ    m t t p h p

ữ ệ ượ ẽ ượ ư ế ể tín hi u ệ M = 2m đi m. D  li u sau khi đ ể c mã hóa s  đ ổ   ộ c đ a đ n b  chuy n đ i

ầ ự ể ạ ộ tu n t sang song song ( S/P) đ  t o ra m t chu i ỗ nT  symbol song song, đ ượ ắ   c s p

T

=

(

)

ộ ế x p thành m t vect ơ ộ nT × 1 c t

,...,

s t

1 2 s s , t t

n s T t

(3.22)

i

ị ủ ể ộ Trong đó, T có nghĩa là chuy n v  c a m t ma tr n. ậ nT ngõ ra song song đ cượ

ts  s ≤ i ≤ n đ

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

55

GVHD: Lâm H ng Th ch

ờ ượ ồ phát đ ng th i t ờ ừ ấ ả nT anten, nh  đó, symbol t c t ở c phát b i antenth ứ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ấ ả ượ ề ờ i và t t c  các symbol đ ả c phát đ u có cùng kho ng th i gian T giây. Vect ơ ủ    c a

ượ ề ừ ượ các symbol đ ế c đi u ch  mã hóa t các anten khác nhau, đ c trình bày trong

h =

=

m

b s Hs /

/

ượ ọ ổ ủ ệ ố ệ ấ ờ (3.22), đ c g i là symbol không gian­th i gian. Hi u su t ph  c a h  th ng là:

br B

(3.23)

ộ ữ ệ ố ủ ề ệ ấ V i  ớ rb  là t c đ  d  li u và B  là băng thông c a kênh truy n. Hi u su t ph ổ

ộ ệ ố ổ ủ ệ ấ ằ ớ ượ ớ trong (4.84) b ng v i hi u su t ph  c a m t h  th ng không đ ộ   c mã hóa v i m t

ề ướ ệ ử ụ anten phát. Vi c s  d ng nhi u anten ở ả ướ  c  h ng phát và h ộ   ẽ ạ ng thu s  t o ra m t

ả ử ữ ẳ ỗ ả ử kênh  MIMO. Ta gi s  có fading ph ng gi a m i anten phát và cũng gi s  kênh

ề ớ truy n là không nh .

ẩ ờ 3.3.2 Tiêu chu n thi ế ế ừ t k  t mã không gian­th i gian

ả ử ằ ữ ệ ề ượ ỗ Ta gi s  r ng chi u dài khung d  li u đ c phát là L symbol cho m i anten.

ậ ừ ề ẫ ộ ờ nT ×L ế Đi u này d n đ n m t ma tr n t mã không gian­th i gian

K

K

=

=

[

]

S

s

,...,

L

s s , 1

2

K

s

s

1 s 1 2 s 1 M n s T 1

1 1 s s L 2 2 2 s s L 2 M O M n n T T L 2

(cid:0)  (cid:0)  (cid:0)  (3.24) (cid:0)  (cid:0)  (cid:0) (cid:0)  

ỗ ươ ỗ ữ ệ ứ ớ ượ ừ ỗ Trong đó, m i hàng t ng  ng v i chu i d  li u đ c phát t m i anten và

ỗ ộ ờ ạ ể ờ m i c t là symbol không gian­th i gian t i th i đi m t.

ấ ỗ ừ ấ Xác su t l ặ i t ng c p PEP ( pairwise error probability) là xác su t mà b  gi ộ ả   i

=

=

e

s

...

...

...

...

s ...

ự ủ ệ ằ ọ ố ớ ự mã  maximum­lidelihood  l a   ch n b ng  s   đánh giá   c a  nó  đ i  v i  tín  hi u thu

n e ... T L

n T L

1 2 e e 1 1

n 1 e e T 1 2

n 1 e e T L 2

1 2 s s 1 1

n 1 s s T 2 1

n 1 s s T L 2

ự ế ệ ượ trong khi th c t tín hi u đ c phát.

ẽ ả ề ế ổ ấ ả Đi u này s  x y ra n u, tính t ng t ỳ ờ   t c  các symbol, các anten và các chu k  th i

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

56

GVHD: Lâm H ng Th ch

gian:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

2

2

n

n

L

L

R

n T

R

n T

j

j

r t

r t

t i h s . i j t ,

t i h e . i j t ,

t

j

i

i

t

j

= 1

= 1

= 1

= 1

= 1

= 1

- (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.25)

2

n

n

n

L

L

R

n T

R

R

ể ượ Nó có th  đ c vi ế ạ t l ư i nh  sau:

*

j

h

(

)

(

)

2 Re

(

�

t

i e t

j

i s t

i e t

j

i s t

t h i ,

t h i ,

t

j

i

t

j

i

= 1

= 1

= 1

= 1

= 1

= 1

(cid:0)  - (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.26) (cid:0)

ự ủ ủ ố ứ ầ Trong đó, Re{.} là ph n th c c a c a s  ph c.

ế ả ử ằ ự ể ế ề ề N u ta gi s  r ng máy thu có s  hi u bi ố   t hoàn toàn v  kênh truy n thì đ i

ề ườ ụ ể ợ ướ ể ớ ộ ợ v i đ  l i kênh truy n { hj,i }  trong tr ng h p c  th  cho tr c, bi u th c ứ ở ế v

ộ ằ ả ủ ố ằ ứ ở ế ể ộ ph i c a (3.26) là m t h ng s  b ng v i ớ d2(e,s) và bi u th c ế    v  trái là m t bi n

ớ ự ẫ ượ ng u nhiên Gaussian trung bình 0 v i s  thay đ i ổ 4σ2d2(e,s). Do đó, PEP đ ế   c quy t

ể ở ế ượ ệ ị đ nh b i vi c hi u bi t { hj,i } đ ở c cho b i

)

=

=

)

( P s

i

j

n

= (cid:0) Q

,

1,...,

,

1,...,

e h i

j

n T

R

,

(3.27)

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

(

)

( d s e , d 2 (

)

N

exp

d s e E ,

/ 4

s

0

(cid:0) -

t

2 /2

)

( Q x

dt

e

= (cid:0)

x

(cid:0) - ở Trong đó, Q(x) là hàm bù l ỗ ượ i đ c cho b i

'

'

ể ượ Lúc này, d2(e,s) có th  đ c vi ế ạ t l ư i nh  sau:

(

) (

) *

j

i s t

i e t

i s t

i e t

* h h i j i , ',

i

i

n T = 1

n T = ' 1

- - (cid:0) (cid:0) (3.28)

n

L

R

n T

n T

2

'

'

=

ệ Trong đó, x* là liên hi p ph c c a ứ ủ x . Do đó:

(

) (

) *

d s e ( , )

j

i s t

i e t

i s t

i e t

* h h i j i , ',

=

t

j

i

= 1

= 1

= i 1 ' 1

- - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.29)

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

57

GVHD: Lâm H ng Th ch

ể ế ạ ế N u ta ký hi u ệ Ωj = h1,j ,h2,j ,...,hnT,j , ta có th  vi t l i:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Rn

2

=

A

d s e ( , )

j

H j

j

= 1

W W (cid:0) (3.30)

H j

L

=

W ệ ộ ị V i ớ ể  ký hi u cho chuy n v  Hermitian c a ủ Ωj và A=A(e,s) là m t ma tr n ậ

(

) (

) *

A

p s t

q s t

p e t

q e t

p q ,

t

= 1

- - (cid:0) ộ ậ ứ ờ ớ ậ nT×nT  đ c l p v i th i gian và ch a . Vì v y, PEP tr ở

n

R

thành

A

E

j

H j

s

=

=

)

( P s

i

j

n

,

1,...,

,

1,...,

exp

e h i

j

n T

R

,

N

4

j

= 1

0

(cid:0) (cid:0) W W (cid:0) (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.31) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ồ ạ ể ậ ị ộ Vì A là ma tr n chuy n v  Hermitian, do đó t n t i m t ma tr n ỏ ậ V  th a mãn

}

,...,

ự ộ VAVH = I VVH = I và m t ma tr n chéo th c D sao cho  ậ

v v 2, 1

v Tn

ủ ơ ủ ạ Hàng { c a ma tr n ậ V là các vect ậ  riêng c a ma tr n A và t o thành

ộ ơ ở ự ủ ộ ướ ữ ơ m t c  s  tr c giao hoàn toàn c a m t không gian vect ơ nT  h ng. H n n a, các

ầ ử ườ ủ ậ ị ủ ph n t trên đ ng chéo c a ma tr n D là các giá tr  riêng λi  , i =1,2,..., nT c a ma

ố ự ữ ể ậ ậ ị tr n A là nh ng s  th c không âm vì A là ma tr n chuy n v  Hermitian. Theo cách

ệ ừ ự ậ ậ ượ ở xây d ng ma tr n A, ma tr n hi u t mã B đ c cho b i:

K

K

s

1 e L 2 e L

1 s L 2 L

1 e 1 2 e 1

1 s 1 2 s 1

1 e 2 2 e 2

1 s 2 2 2

=

)

( B s e

,

M

M

O

s M

K

n e T 1

n s T 1

n e T 1

n s T 1

n e T 1

n s T 1

(cid:0) (cid:0) - - - (cid:0) (cid:0) - - - (cid:0) (cid:0) (3.32) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) - - - (cid:0) (cid:0)

ộ ươ ủ ậ ệ Là m t nghi m bình ph ng c a ma tr n A (có nghĩa là A = BBH).

ẽ ể ế ướ ạ ả ử β1,j ,β2,j ,…, βnT,j = Ti p theo, ta s  bi u di n ễ d2(s,e) d i d ng { λi } . Gi s  (

Tn

2

Ω) , ta có:

W = W H A j j

W = H V DV j

H j

l b j

i

j

,

i

= 1

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

58

GVHD: Lâm H ng Th ch

W (cid:0) (3.33)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

n

R

n T

2

2

= (cid:0)

d s e ( , )

l b j

i j ,

j

i

= 1

= 1

\ (cid:0) (3.34)

ẫ ủ ứ ớ ế ẫ ộ ị Vì hi,j là các m u c a m t bi n ng u nhiên Gaussian ph c v i giá tr  trung bình

Ehi,j , ta có:

Kj = (Eh1,j ,Eh2,j ,...,EhnT,j)

ề ằ ế ẫ ấ Vì ma tr n ậ V là duy nh t, đi u này nói lên r ng βi,j là các bi n Gaussian ng u nhiên

ứ ộ ậ ớ ự ứ ổ ớ ị ph c đ c l p v i s  thay đ i 0.5 trên th  nguyên và v i giá tr  trung bình là Kj.vi.

ả ẳ ả 3.3.3  Mã hóa/gi i mã STTC trên kênh fading ph ng gi tĩnh

ố ớ ươ ự ư ề ế Quá trình mã hóa đ i v i STTC t ng t nh  đi u ch  mã hóa trellis ngo i tr ạ ừ

ở ả ạ ạ ầ ầ ầ ố ỗ ộ ỗ    ph n đ u và ph n cu i m i khung, b  mã hóa ph i trong tr ng thái 0. T i m i

,...,

ủ ộ ụ ạ ộ ộ ờ th i đi m ể t, ph  thu c vào tr ng thái c a b  mã hóa và các bit ngõ vào, m t nhánh

1 2 s s , t t

Tn s t

ế ẽ ượ ể ề ế ọ chuy n ti p s  đ ủ c ch n. N u nhãn c a nhánh truy n là thì anten phát i,

i ts  , i=1,2,...,nT và t

ượ ử ụ ể ở ấ ả đ c s  d ng đ  g i chòm sao symbol t c  các quá trình phát

này là song song nhau.

ườ ữ ẩ ẩ ế Hình 3.6  Đ ng biên gi a tiêu chu n TSC và tiêu chu n v t

ụ ề ộ ộ ộ ượ ố ớ ề M t ví d  v  m t b  mã hóa STTC đ c trình bày trong hình 3.7 đ i v i đi u ch ế

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

59

GVHD: Lâm H ng Th ch

ệ ố ủ ộ ả ậ ợ ượ ở 4­PSK. T p h p h  s  c a b  gi i mã, đ ệ c ký hi u b i:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

=

(

)

(

)

(

)

g

g

g

g

g

g

g

,

,...,

,

,...,

,

,...,

,

,...,

i y

i 0,1

i 0,2

i 0,

i g 1,1

i g 1,2

i g 1,

,1

,2

n T

n T

i v i

i v i

i v n , T i

(cid:0)  (3.35) (cid:0) 

Hình 3.7  Bộ

mã hóa

STTC v iớ

4­PSK

i L kg ,

M i  ỗ

ầ ử ủ ộ ộ ậ là m t ph n t c a b  chòm sao 4­PSK {0, 1, 2, 3} và ớ ủ vi là b c nh  c a thanh ghi

ộ ượ ộ ộ ị d ch th ứ i. Ngõ ra b  nhân đ c c ng module 4. B  mã hóa trong hình 4.16 có th ể

ượ ả ướ ạ ứ ế ỗ ị ị đ c miêu t d i d ng đa th c sinh. Chu i nh  phân ngõ vào đ n thanh ghi d ch

1

2

3

=

+

+

+

+

u D u )

(

...

ể ượ ả ư phía trên có th  đ c mô t nh  sau:

1 0

1 1 u D u D u D 1 2

1 3

(3.36)

ươ ự ế ỗ ị ị ướ ể ượ T ng t , chu i nh  phân ngõ vào đ n thanh ghi d ch phía d i có th  đ c

2

2

3

=

+

+

+

+

u D u )

(

...

vi ế ạ t l ư i nh  sau:

2 0

2 2 u D u D u D 1 2

2 3

k

(3.37)

ứ ị Trong đó, ố   ju ,j = 0,1,2,...,  k = 1,2... là các symbol nh  phân 0, 1. Đa th c sinh đ i

ở ể ượ ớ ộ v i b  mã hóa phía trên và anten phát th ứ i , v i ớ i = 1, 2 có th  đ c vi ế ạ t l i nh ư

1

2

3

=

+

+

+

(

+K

sau:

) iG D u

2 0

2 2 u D u D u D 1 2

2 3

=

j

,

0,1,...,

(3.38)

k jg i ,

v 1

ệ ố ể ấ ả ị Trong đó, là các h  s  không ph i nh  phân, có th  l y các giá

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

60

GVHD: Lâm H ng Th ch

ị ừ ộ ư ớ ủ ộ ậ tr  t ụ  m t chòm sao, ví d  nh  4­PSK là 1, − j, −1, j và v1 là b c nh  c a b  mã hóa

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ươ ự ứ ướ phía trên. T ng t ố ớ ộ , đa th c sinh đ i v i b  mã hóa phía d i và anten phát i, v i ớ i =

v 2

=

+

)

g

+ + ...

ể ượ 1, 2 có th  đ c vi ế ạ t l ư i nh  sau:

( 2 G D i

i

2 0,

2 g D i 1,

2 g D v i , 2

2

(3.39)

0,ig ,j = 0,1,...,v2 cũng là các h  s  không ph i nh  phân, có th  l y giá

ệ ố ể ấ ả ị Trong đó,

ị ừ ộ ư ớ ủ ộ ậ tr  t ụ  m t chòm sao, ví d  nh  4­PSK là 1, − j, −1, j và v2 là b c nh  c a b  mã hóa

1

2

=

+

(

)

(

)

(

)

(

)

mod 4

ướ ỗ ượ ừ ượ ở phía d i. Chu i symbol đã mã hóa đ c phát đi t anten i đ c cho b i:

i 1 s D u D G D u G D i

2 i

(3.40)

ể ể ư ễ Ta còn có th  bi u di n nó nh  sau:

1

2

=

)

(

(

)

( i s D

) u D u D

mod 4

) )

( 1 G D i ( 2 G D i

(cid:0)  (cid:0) (cid:0)  (cid:0) (3.41)   (cid:0) 

tr   là tín hi u thu đ

ệ ạ ố ờ Gi ả ử i  s ượ ạ c t i anten j  t i th i đi m ể t  , s  metric nhánh

n

R

n T

i

ượ ở (branch metric) đ c cho b i:

r t

i h q i j t ,

j

i

= 1

= 1

- (cid:0) (cid:0) (3.42)

ậ ượ ử ụ ườ ớ ố Thu t toán Viterbi đ ể c s  d ng đ  tính toán đ ng đi v i s  metric nhánh

ấ ấ ườ ưở th p nh t. Trong môi tr ng CSI không lý t ng, ta s ẽ ướ ượ c l ự ng CSI d a vào các

symbol trainig.

ố ờ 3.4  Mã kh i không gian­th i gian (STBC)

ớ ệ 3.4.1 Gi i thi u

ẽ ề ậ ế ầ ố ờ Trong ph n này chúng ta s  đ  c p đ n mã kh i không gian­th i gian STBC và

ẽ ớ ủ ầ ặ đánh giá đ c tính c a nó trên kênh fading MIMO. Đ u tiên chúng ta s  gi ệ i thi u v ề

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

61

GVHD: Lâm H ng Th ch

ộ ơ ồ ể ậ ả ặ ơ ủ   mã Alamouti, đó là m t s  đ  phân t p phát 2 nhánh đ n gi n. Đ c đi m chính c a

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ạ ớ ộ ộ ợ ậ ậ ớ ộ ơ ồ s  đ  này nó có th  đ t t i m t đ  l i phân t p khá cao v i m t thu t toán mã hóa

ẽ ế ế ả ơ ớ ộ   maximum­likelihood đ n gi n. Ti p đó, chúng ta cũng s  xem xét đ n STBC v i m t

ự ớ ế ế ự ố ượ s  l ng l n anten phát d a trên thi t k  tr c giao.

ủ ệ ố ặ 3.4.2   Đ c tính c a h  th ng Alamouti

ỗ ế ừ ự ệ ố ữ Do tính tr c giao gi a các chu i đ n t 2 anten phát, h  th ng Alamouti có th ể

(

)

)

ầ ậ ỗ ạ ượ ự đ t đ c s  phân t p phát đ y đ  v i ệ   t

ˆ,x x ˆ 1 2

,x x 1 2

(

)

)

ượ ạ ệ ở ươ ứ c t o ra b i các tín hi u ngõ vào ủ ớ nT = 2. Ta hãy xem xét 2 chu i mã riêng bi   và  ( ớ   ng  ng, v i t

,x x 1 2

ˆ,x x ˆ 1 2

ệ ừ ượ ở Χ  và   ˆX   đ  ( (cid:0) ậ . Ma tr n hi u t mã đ c cho b i:

x 1

)

= (cid:0)

( ˆ, B X X

x 2

ˆ x 1 ˆ x 2

- + * x 2 * x 1

* ˆ x 2 * ˆ x 1

(cid:0) -  (3.43)  - - (cid:0) 

ủ ủ ự ậ ậ ệ   ớ Vì các dòng c a ma tr n mã tr c giao v i nhau nên các dòng c a ma tr n hi u

H

=

ˆ

)

)

(

)

( ˆ A X X

,

( B X X B ,

ˆ X X ,

2

ự ậ ả ớ ừ ượ ư ừ t mã cũng tr c giao v i nhau. Ma tr n kho ng cách t mã đ c cho nh  sau:

2 +

0

x 1

ˆ x 1

x 2

ˆ x 2

=

2

2 +

0

x 1

ˆ x 1

x 2

ˆ x 2

)

)

(cid:0) - -  (3.44) (cid:0)  (cid:0) - -  (cid:0) 

,x x 1 2

ˆ,x x ˆ 1 2

ủ ậ ả ừ Vì ( (cid:0) ( , nên các ma tr n kho ng cách c a 2 t mã phân bi ệ ấ ỳ  t b t k

ầ ủ ủ ả ộ ề đ u có m t dãy đ y đ  c a c  2.

ể ạ ượ ệ ố ộ ự ậ ầ Nói cách khác, h  th ng Alamouti có th  đ t đ c m t s  phân t p đ y đ ủ

)ˆ, ( A X X  đ

2

=

2 +

ứ ủ ậ ị ượ ở v i ớ nT= 2. Đ nh th c c a ma tr n c cho b i:

)

(

) 2

(

)

( ˆ A X X

,

det

x 1

ˆ x 1

x 2

ˆ x 2

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

62

GVHD: Lâm H ng Th ch

- - (3.45)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ừ ấ ả ậ ừ T  (3.44) cho h  th ng Alamouti, ta th y ma tr n kho ng cách t mã có 2 giá

ồ ị ị ố ể ằ ớ ấ tr  riêng đ ng nh t. Giá tr  riêng t ả i thi u b ng v i kho ng cách Euclidean bình

ươ ố ể ệ ề ấ ph ng t ố ớ ệ ố   i thi u trong chòm sao tín hi u. Đi u này r t có ý nghĩa đ i v i h  th ng

ả ố ữ ể ỗ ượ ấ ỳ ẫ ề Alamouti, kho ng cách t i thi u gi a 2 chu i mã đ ả   c truy n b t k  v n ph i

ệ ố ư ố gi ng nhau nh  trong h  th ng không mã hóa.

ờ 3.4.3  Mã không gian­th i gian Alamouti

ơ ồ ầ ấ ậ ầ ủ ớ   S  đ  Alamouti là mã STBC đ u tiên cung c p phân t p phát đ y đ  v i 2

ộ ơ ồ ầ ượ ơ ồ ễ ế ắ ậ anten phát. M t s  đ  khác cũng c n đ c nh c đ n là s  đ  phân t p tr , nó cũng

ể ạ ượ ủ ư ậ ầ ả ạ ễ có th  đ t đ c kh  năng phân t p đ y đ  nh ng nó l ầ   i gây nhi u symbol và c n

ộ ộ ả ứ ạ ở ể ẽ ph i có m t b  dò ( detector) ph c t p máy thu. Sau đây chúng ta s  tìm hi u k ỹ

ủ ậ ậ ậ ồ ả thu t phân t p phát c a Alamouti, bao g m các thu t toán mã hóa, gi ặ   i mã và đ c

ủ tính c a chúng.

ệ ố ạ ượ ủ ớ ậ ả ậ ả H  th ng Alamouti đ t đ ầ c kh  năng phân t p đ y đ  v i thu t toán gi i mã

ả ậ ả ể ặ ấ ơ r t đ n gi n đó là thu t toán gi i mã maximum­likelihood. Đ c đi m chính c a h ủ ệ

ỗ ượ ữ ự ố ệ ố ở th ng là tính tr c giao gi a các chu i đ ộ   c phát b i 2 anten. H  th ng này suy r ng

ộ ố ượ ụ ủ ằ ẫ ế đ n m t s  l ự   ng anten phát tùy ý b ng cách áp d ng nguyên lý c a các m u tr c

ệ ố ượ ượ giao (orthogonal design). Các h  th ng đ ộ c suy r ng đó đ ư c xem nh  là các h ệ

ể ạ ượ ố ố ờ ả th ng STBC. Các mã kh i không gian­th i gian có th  đ t đ ậ   c kh  năng phân t p

ủ ượ ị ằ ố ậ ậ ẫ ầ phát đ y đ  đ c đ nh rõ b ng s  anten phát ấ nT, trong khi v n ch p nh n thu t toán

ả ỉ ự ử ế ệ gi i mã ậ   ệ maximum­likelihood, ch  d a trên vi c x  lý tuy n tính các tín hi u nh n

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

63

GVHD: Lâm H ng Th ch

đ cượ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố ặ ớ Hình 3.8  Đ c tính FER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên kênh

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

64

GVHD: Lâm H ng Th ch

fading Rayleigh ch mậ

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố ặ ớ Hình 3.9  Đ c tính FER c a h  th ng QPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên kênh

fading Rayleigh ch mậ

ả ấ ộ ộ ủ ờ ố Hình 3.9 mô t ủ  c u trúc c a m t b  mã hóa c a mã kh i không gian­th i gian.

ườ ộ ộ ờ ố ượ ộ ở ị Thông th ng, m t b  mã kh i không gian­th i gian đ c đ nh nghĩa b i m t ma

ậ Ở ệ ạ ố ệ ạ ố tr n truy n ề nT × p. đây, nT đ i di n cho s  anten phát và p đ i di n cho s  chu k ỳ

ộ ờ ố th i gian phát m t kh i symbol đã mã hóa.

m đi m. T i m i ho t đ ng mã hóa,

ả ử ằ ệ ồ ạ ộ ể ạ ỗ Ta gi s  r ng chòm sao tín hi u g m có 2

ỗ ượ ệ ạ m i kh i g m ố ồ m bit thông tin đ c ánh x  vào chòm sao tín hi u đ  ch n ể ọ k tín hi uệ

ề ớ ỗ ẽ ệ ộ ọ đi u ch ế x1, x2,..., xk, v i m i nhóm m bit s  ch n m t tín hi u trong chòm sao. k tín

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

65

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ẽ ượ ệ ề ở ộ ể ạ ờ ố nT hi u đi u ch  s  đ c mã hóa b i b  mã hóa kh i không gian­th i gian đ  t o ra

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ề ỗ ươ ứ ậ ớ chu i tín hi u song song có chi u dài p t ng  ng v i ma tr n truy n ề Χ. Các chu iỗ

ượ ả ồ ờ ờ này đ c phát thông qua nT anten phát đ ng th i trong kho ng th i gian p .

ố ượ ố ờ ộ Trong mã hóa kh i không gian­th i gian, s  l ng symbol mà b  mã hóa yêu

ạ ộ ủ ề ố ượ ầ ở c u ỗ  ngõ vào c a nó trong m i ho t đ ng mã hóa là ỳ k. S  chu k  truy n đ c yêu

ể ượ ề ầ c u đ  phát các symbol đã đ c mã hóa thông qua nhi u anten phát là p. Nói cách

ờ ượ ừ ỗ ỗ ố khác, có  p  symbol không gian­th i gian đ c phát t m i anten cho m i kh i k

ỷ ệ ủ ộ ố ờ ượ ị symbol vào. T  l c a m t mã kh i không gian­th i gian đ c đ nh nghĩa là t ỷ ố   s

ữ ố ấ ở ộ ố ượ gi a s  symbol mà b  mã hóa l y ngõ vào và s  symbol đã mã hóa đ c phát t ừ

ỗ ượ ở m i anten. Nó đ c cho b i:

R = k / p (3.46)

h =

=

bit s Hz

/

/

ổ ủ ệ ấ ố ờ Hi u su t ph  c a mã kh i không gian­th i gian:

r b B

r mR km = s p

r s

(3.47)

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

66

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ộ ố ộ V i ớ rb và rs là t c đ  bit và t c đ  symbol, B là băng thông.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ộ Hình 3.10  B  mã hóa STBC

ầ ử ủ ề ậ ổ ợ ế ề Các ph n t c a ma tr n truy n X là t h p tuy n tình c a ủ k symbol đi u ch ế

*,x2

*,...,xk

* . Đ  đ t đ

ợ ủ ể ạ ượ ậ ả x1 x1 ,x2,...,xk và liên h p c a chúng c kh  năng phân t p phát

2

2

2

H

=

+

)

I

X X .

+ + ...

ề ậ ự ự ự ẫ ầ ủ ủ nT, ma tr n truy n X đ đ y đ  c a c xây d ng d a trên các m u tr c giao.

x k

x 2

n T

(3.48) ượ ( c x 1

TnI

ậ ằ ớ ậ ơ ộ V i c là h ng s , ố ΧH là ma tr n Hermitian c a ủ X và là m t ma tr n đ n v ị

ươ ứ ớ ượ ừ ứ nT×nT. Hàng th  ứ i c a ủ X t ng  ng v i các symbol đ c phát t anten phát th  i liên

ế ả ờ ộ ươ ứ ớ ti p trong kho ng th i gian phát p , trong khi c t th ủ ứ j  c a X t ng  ng v i các

ượ ồ ờ ạ ờ symbol đ c phát đ ng th i qua nT anten phát t i th i đi m ể j. Ph n t ầ ử ủ X trong   c a

ộ ươ ứ ệ hàng th  ứ i và c t th ứ j , xi,j , i = 1,2,..., nT , j =1,2,..., p, t ớ ng  ng v i tín hi u đ ượ   c

ừ ạ ờ phát t anten i t i th i đi m ể j.

ỷ ệ ủ ả ớ ố ấ ằ Ta th y r ng t ậ   ờ  c a mã kh i không gian­th i gian v i kh  năng phân t p l

ủ ằ ặ ộ ỷ ệ ố ỏ ơ ầ đ y đ  thì nh  h n ho c b ng 1, R ≤ 1. B  mã t t l i đa R =1 không yêu c u mầ ở

ở ộ ầ ộ ộ r ng băng thông trong khi b  mã v i t ằ   ớ ỷ ệ R < 1 yêu c u m  r ng băng thông b ng l

ố ớ ố ờ ề ậ 1/R  . Đ i v i mã kh i không gian­th i gian có nT  anten phát, ma tr n truy n đ ượ   c

ể ượ ọ ố ờ ễ bi u di n b i ộ ở XnT . B  mã này đ c g i là mã kh i không gian­th i gian kích th ướ   c

nT.

ự ằ ượ ụ ự ể ộ ẫ Chú ý r ng các m u tr c giao đã đ c áp d ng đ  xây d ng b  mã không gian­

ự ề ẫ ủ ậ ờ th i gian. Các hàng c a ma tr n truy n ề ΧnT tr c giao l n nhau. Đi u này có nghĩa là

ệ ừ ấ ỳ ự ỗ ỗ ố trong m i kh i, các chu i tín hi u t ớ    b t k  2 anten phát nào cũng tr c giao v i

nhau.

ả ử ằ ỗ ượ ừ ụ ế Ví d , n u ta gi s  r ng xi  =(xi,1,xi,2,...,xi,p) là chu i đ c phát t anten th ứ i,

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

67

GVHD: Lâm H ng Th ch

v i ớ i=1,2,...,nT, ta có:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

p

=

=

{

}

i

j

i

j

n

0,

,

,

1, 2,...,

x x . i

j

R

x x . i t ,

* j t ,

t

= 1

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.49)

ủ ể ễ V i ớ xi.xj bi u di n tích trong c a các chu i ạ   ỗ xi và xj . Tính tr c giao cho phép đ t ự

ộ ố ượ ủ ả ầ ướ ữ ơ ậ ế đ n kh  năng phân t p đ y đ  cho m t s  l ng anten phát cho tr c. H n n a, nó

ả ệ ượ ừ còn cho phép máy thu gi i ghép các tín hi u đ c phát t các anten khác nhau và do

ầ ả ỉ ự ử ế ấ ộ đó c n có m t quá trình gi i mã đúng nh t ch  d a trên quá trình x  lý tuy n tính tín

ệ ượ hi u thu đ c.

ờ 3.4.3.1 Mã hóa không gian­th i gian Alamouti

ơ ồ ố ủ ộ Hình 3.11    S  đ  kh i c a b  mã hóa ST Alamouti

ả ử ằ ươ ề ế ượ ử ụ ộ Ta gi s  r ng ph ng pháp đi u ch  M­ary đ c s  d ng. Trong b  mã hóa

ầ ỗ ẽ ượ ề ST Alamouti, đ u tiên, m i nhóm m bit thông tin s  đ c đi u ch , v i ế ớ m = log2M.

ố ủ ẽ ấ ộ ộ ượ Sau đó, b  mã hóa s  l y m t kh i c a 2 symbol đã đ ề c đi u ch ế x1 và x2 ở ỗ    m i

ạ ộ ư ậ ộ ượ ở ế ho t đ ng mã hóa và đ a chúng đ n anten phát theo m t ma tr n mã đ c cho b i:

= (cid:0)

X

x 1 x 2

* x 2 * x 1

(cid:0) -  (3.50)  (cid:0) 

ượ ư ụ ủ ỳ ộ Ngõ ra b  mã hóa đ c đ a vào 2 chu k  phát liên t c c a 2 anten phát. Trong

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

68

GVHD: Lâm H ng Th ch

ứ ả ấ ỳ ượ ờ ừ kho ng chu k  phát th  nh t, 2 tín hi u ệ x1 và x2 đ ồ c phát đ ng th i t anten 1 và

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

*

2x-

ươ ỳ ứ ứ ệ ả ượ ừ anten 2 t ng  ng. Trong kho ng chu k  th  2, tín hi u đ c phát t anten phát

* 1x  đ

* ợ 1x  là liên h p ph c c a

ượ ừ 1 và tín hi u ệ c phát t anten phát 2, trong đó ứ ủ  x1. Quá

ệ ấ ở ả ề ề ờ trình mã hóa làm vi c r t rõ ràng c  2 mi n không gian và th i gian. Đi u này có

ượ ừ ươ ứ nghĩa là chu i ỗ x1 và x2 đ c phát t anten 1 và 2 t ng  ng là:

=

1 x

,

x 1

* x 2

2

x

= (cid:0)

* x x , 2 1

(cid:0) -  (cid:0)  (3.51) (cid:0)  

ủ ơ ồ ể ặ ỗ ừ ả ự Đ c đi m chính c a s  đ  Alamouti là các chu i phát t 2 anten ph i tr c giao

ủ ể ằ ớ v i nhau đ  tích trong c a các chu i ỗ x1 và x2 b ng 0, có nghĩa là:

*x*

1

.x2 = x1x2  ­ x2

x1 (3.52)

2

2

ậ ấ Ma tr n mã có tính ch t sau:

+

x

x 1

2

H

=

. X X

2

2

0 +

0

x 1

x 2

2

2

=

+

(

)

I

x 1

x 2

2

(cid:0)  (cid:0)  (cid:0)  (cid:0) (3.53) 

ậ ơ ị (identity) 2×2. Trong đó, I2 là ma tr n đ n v

ả ử ằ ượ ử ụ ở ố ủ ơ ồ Gi ộ  s  r ng có m t anten thu đ c s  d ng máy thu. S  đ  kh i c a máy

ệ ố ượ ở ệ ố thu trong h  th ng Alamouti đ c trình bày hình 3.11. Các h  s  kênh Fading t ừ

ứ ấ ứ ế ạ ể ờ ượ ể anten phát th  nh t và th  2 đ n anten thu t i th i đi m t đ c bi u hi n t ệ ươ ứ   ng  ng

ả ử ằ ệ ố ằ ố ỳ b i  ở h1(t) và  h2(t). Gi ề    s  r ng các h  s  fading là h ng s  qua 2 chu k  truy n

q j

1

=

=

=

)

ể ượ ế ư ể symbol liên ti p, chúng có th  đ ễ c bi u di n nh  sau:

h t ( ) 1

+ h t T ( 1

h 1

h e 1

(3.54)

q j

2

=

+

=

=

)

Và

h t ( ) 2

h t T ( 2

h 2

h e 2

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

69

GVHD: Lâm H ng Th ch

(3.55)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ih và θi , v i ớ i = 0, 1, là đ  l

ộ ợ ộ ị ộ ừ i Trong đó, i biên đ  và đ  d ch pha t anten phát

ệ ạ ờ ượ ế đ n anten thu, T là th i gian 1 symbol. T i anten thu, các tín hi u thu đ c qua 2 chu

ế ượ ể ễ ờ ỳ k  symbol liên ti p, đ c bi u di n b i ở r1 và r2 cho các th i đi m ể t và t + T . Chúng

=

+

+

ượ ư ể đ ễ c bi u di n nh  sau:

r 1

h x 1 1

h x 2 2

n 1

= -

(3.56)

r 2

+ * h x 1 2

+ * h x 2 1

n 2

(3.57)

ứ ộ ậ ậ ộ ế ớ Trong đó, n1 và n2 là các bi n ph c đ c l p v i trung bình không và m t đ  ph ổ

ứ ươ ứ ắ ẫ ớ công su t ấ N0/2 trên th  nguyên, t ộ   ễ ng  ng v i các m u nhi u Gaussian tr ng c ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

70

GVHD: Lâm H ng Th ch

ạ ờ thêm t i th i đi m ể t và t + T.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố Hình 3.12  Máy thu c a h  th ng Alamouti

ả 3.4.3.2 Gi i mã Maximum Likelihood và Combining

ệ ố ế ể ượ ạ ạ N u các h  s  kênh fading h1 và h2 có th  đ c bù l i hoàn toàn t i máy thu thì

ẽ ử ụ ề ạ ư ả ử ằ ộ ả b  gi i mã s  s  d ng chúng nh  thông tin v  tr ng thái kênh CSI. Gi s  r ng t ấ   t

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

71

GVHD: Lâm H ng Th ch

ế ề ư ề ệ ả ả ả c  tín hi u trong chòm sao đi u ch  đ u có kh  năng x y ra nh  nhau, m t b  gi ộ ộ ả   i

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

(

)

ˆ ˆ x x , 1 2

ộ ặ ệ ọ ừ ế ề ẽ mã maximum likelihood s  ch n m t c p tín hi u t chòm sao đi u ch  tín

2

+

+

ể ả ứ ố ệ ế ể ả hi u đ  gi m đ n m c t i thi u kho ng cách Mêtric

(

)

d

,

)

ˆ r h x , 1 1 1

ˆ h x 2 2

2 d r ( 2

+ * ˆ h x 1 2

* ˆ h x 2 1

-

2

=

r 1

ˆ h x 1 1

2 + ˆ h x 2 2

+ r 2

* ˆ h x 1 2

* ˆ h x 2 1

(3.58) - - -

2ˆx . Thay (3.56) và (3.57) vào (3.58), gi

ấ ả ể ả qua t ị t c  các giá tr  có th  có c a i mã ủ 1ˆx  và

2

2

2

2

2

=

+

2 +

c miêu t

(

)

(

) +

(

)

) +

d

d

ˆ ˆ x x , 1 2

h 1

h 2

ˆ x 2

ˆ x 1

% ˆ x x , 1 1

% ˆ x x , 2 2

C

arg min ˆ ˆ x x , ( ) 1 2

)

,

- ể ượ maximum likelihood có th  đ ( ả ư  nh  sau: ) ( 1 (3.59) (cid:0)

ˆ, ˆ x x 1 2

1x%  và

ợ ủ ấ ả ậ ượ ề Trong đó C là t p h p c a t ặ t c  các c p symbol đ ế ( c đi u ch

2x%   là 2 đ i l

ạ ượ ế ị ố ượ ế ợ ự ằ ng th ng kê quy t đ nh đ c xây d ng b ng cách k t h p các tín

ệ ậ ượ ạ ượ ớ ế ị ố hi u nh n đ ạ c v i thông tin tr ng thái kênh. Đ i l ng th ng kê quy t đ nh đ ượ   c

=

+

* h r 1 1

* h r 2 2

cho b i:ở

=

+

% x 1 % x 2

* h r 2 1

* h r 1 2

(3.60)

ừ ươ ứ ạ ượ ố Thay r1 và r2 t (3.56) và (3.57) t ng  ng vào (3.60), đ i l ế   ng th ng kê quy t

2

2

=

+

+

+

% x 1

h 1

h 2

x 1

* h n 1 1

* h n 2 2

ể ế ạ ị đ nh có th  vi t l ư i nh  sau:

2

2

=

+

) )

( (

ˆ x 2

h 1

h 2

x 2

+ * h n 1 2

* h n 2 1

(3.61) -

ố ớ ự ự ộ ạ ượ ệ ủ Đ i v i s  th c hi n c a m t kênh cho tr ướ h1 và h2 , các đ i l c ố ng th ng kê

ix% , i = 1, 2, ch  có m t ch c năng c a

ứ ộ ỉ ư ậ ắ ế ị quy t đ nh ủ xi , i = 1, 2. Nh  v y, quy t c gi ả   i

ể ượ ắ ả mã maximum likelihood (4.36) có th  đ c tách ra thành 2 quy t c gi ộ ậ   i mã đ c l p

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

72

GVHD: Lâm H ng Th ch

ượ ở nhau cho x1 và x2 , đ c cho b i:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

2

2

2

=

+

2 +

(

)

d

ˆ x 1

h 1

h 2

ˆ x 1

% ˆ x x , 1 1

arg min ˆ x S 1

2

2

2

=

+

2 +

(

)

( (

d

) 1 ) 1

ˆ x 2

h 1

h 2

ˆ x 2

% ˆ x x , 2 2

arg min ˆ S x 2

2

2

2

+

- (cid:0) (3.62) - (cid:0)

(

h 1

h 2

) 1ˆ1 x

- ố ớ ệ Đ i v i chòm sao tín hi u M –PSK, ố ố ớ   ằ  ,i=1,2, là h ng s  đ i v i

ế ị ệ ố ể ệ ắ ấ ả t t c  các đi m tín hi u, gây ra các h  s  fading kênh. Do đó, các quy t c quy t đ nh

2

=

ể ơ ả trong (3.62) có th  đ n gi n hóa h n n a thành:

)

d

% ˆ x x , 1 1

ˆ x 1

arg min ˆ x S 1

2

=

(

)

d

% ˆ x x , 2 2

ˆ x 1

ơ ữ ( (cid:0)

arg min ˆ S x 2

(cid:0)

ệ ố ớ ề   3.5 H  th ng Alamouti v i nhi u

anten thu

ệ ố ể ượ ứ ụ ớ H  th ng Alamouti có th  đ ộ ệ ố c  ng d ng cho m t h  th ng v i 2 anten phát

ủ ấ ố và nR anten thu. Quá trình mã hóa và phát c a c u hình này cũng gi ng v i tr ớ ườ   ng

j  và  r2

j  t

ệ ộ ừ ạ ơ ợ h p m t anten thu đ n. Các tín hi u thu đ ượ r1 c anten thu th ứ j  t ờ   i th i

ươ ứ đi m ể t và t + T t ng  ng:

j j=hj,1x1 + hj,2x2 + n1

r1

j j=hj,1x2 + hj,2x1 + n2

(3.63)

r2

ệ ố ườ ừ Trong đó hi,j , i = 1, 2;   j = 1, 2, …,nR  là h  s  fading cho đ ng t anten phát

i , n2

j là các tín hi u nhi u c a anten thu

ế ễ ủ ệ ạ ờ i đ n anten thu j và n1 j t i th i đi m ể t và t +T

ạ ượ ứ ự ế ị ự ố ươ t ng  ng. Máy thu xây d ng 2 đ i l ự ế ợ   ng th ng kê quy t đ nh d a trên s  k t h p

1x%  và

2x%

ủ ế ệ ậ ượ ạ ượ ế ị ố tuy n tính c a các tín hi u nh n đ c. Các đ i l ng th ng kê quy t đ nh

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

73

GVHD: Lâm H ng Th ch

ượ ở đ c cho b i:

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

n

R

*

j

j

=

+

(

)

h

j

% x 1

* h r j ,1 1

,2

r 2

j

= 1

n

2

R

n R

2

*

=

+

+

(

)

(cid:0)

h

h

j

x 1

j i ,

j * h n j ,1 1

,2

j n 2

i

j

j

= 1

= 1

= 1

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

n

R

*

j

j

=

(

)

h

j

% x 2

* h r j ,2 1

r 2

,1

j

= 1

n

2

R

n R

2

*

=

+

(3.64) - (cid:0)

(

)

h

h

j

x 2

j i ,

j * h n j ,2 1

,1

j n 2

i

j

j

= 1

= 1

= 1

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

ắ ả ệ Các quy t c gi i mã maximum likelihood cho 2 tín hi u đ c l p ộ ậ x1 và x2 đ c ượ

Rn

cho b i :ở

2

2

2

=

+

2 +

(

)

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

)

h

h

d

(

1

j

j

ˆ x 1

,1

,2

ˆ x 1

% ˆ x x , 1 1

(3.65)

arg min ˆ x S 1

j

= 1

Rn

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

2

2

2

=

+

2 +

)

(

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

)

h

h

d

(

1

(3.66)

j

j

ˆ x 2

,1

,2

ˆ x 2

% ˆ x x , 2 2

arg min ˆ S x 2

j

= 1

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

ố ớ ế ề ấ ả ề ệ Đ i v i đi u ch  M –PSK, t t c  tín hi u trong chòm sao đ u có năng l ượ   ng

ắ ả ươ ươ ớ ườ ằ b ng nhau. Các quy t c gi i mã maximum likelihood   t ng đ ng v i tr ợ   ng h p

ộ ơ ỉ ch  có m t anten thu đ n.

ườ 3.5.1 Tr ng h p ợ 1 anten  phát 2 anten thu

ả ử ằ ừ ỗ ộ ậ ế ỗ ớ Ta gi s  r ng fading t m i anten phát đ n m i anten thu thì đ c l p v i nhau

ẽ ậ ế ộ ố ệ ố ấ và do đó máy thu s  nh n bi t m t cách t ể   t nh t các h  s  kênh. Hình 3.13 bi u

ỷ ệ ỗ ủ ế ệ ề ấ ớ ố ễ di n   t l l i   bit   BER   c a   h   th ng   Alamouti   v i   đi u   ch   BPSK   nh t   quán

ớ ỷ ố ễ ệ ặ (coherent) so v i t s  tín hi u trên nhi u SNR trên anten thu. Đ c tính BER c a h ủ ệ

ự ế ợ ỷ ố ố ậ ố ơ ớ th ng phân t p thu 2 và 4 nhánh v i anten phát đ n và s  k t h p t s  t i đa MRC

ượ ữ ễ ể ơ ả ử ằ cũng đ ể ễ c bi u di n trong hình đ  d  so sánh. H n n a, ta gi ấ    s  r ng công su t

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

74

GVHD: Lâm H ng Th ch

ừ ệ ố ủ ấ ằ ớ ừ ổ phát t ng t 2 anten c a h  th ng Alamouti b ng v i công su t phát t anten phát

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ệ ố ủ ậ ườ ộ ơ đ n c a h  th ng phân t p máy thu MRC và thông th ế   ng chúng là m t. Các k t

ệ ố ả ằ ỏ ớ ộ ỉ ơ   qu  mô ph ng ch  ra r ng h  th ng Alamouti v i 2 anten phát và m t anten thu đ n

ư ệ ố ậ ả ậ ạ ượ đ t đ ộ ố   c kh  năng phân t p nh  h  th ng phân t p thu 2 nhánh MRC do đ  d c

ư ủ ả c a c  2 là nh  nhau.

ủ ệ ố ự ặ ơ Tuy nhiên, đ c tính c a h  th ng Alamouti thì kém h n 3 dB. S  thua kém đó là

ượ ạ ừ ỗ ệ ố ỉ ằ do năng l ng phát x  t ử    m i anten phát trong h  th ng Alamouti ch  b ng phân n a

ệ ố ệ ố ậ ơ ớ so v i anten đ n trong h  th ng phân t p thu MRC do 2 h  th ng này có cùng công

ệ ố ứ ế ạ ấ ỗ ổ su t phát t ng. N u m i anten phát trong h  th ng Alamouti phát x  cùng m c năng

ệ ố ệ ố ậ ớ ơ ượ l ng v i anten phát đ n trong h  th ng phân t p thu MRC thì h  th ng Alamouti

ươ ớ ệ ố ậ ẽ ươ s  t ng đ ng v i h  th ng phân t p thu MRC.

ươ ể ấ ằ ệ ố ẽ ớ T ng t ự ừ , t hình v  chúng ta có th  th y r ng h  th ng Alamouti v i 2 anten

ẽ ạ ượ ư ộ ệ ố ậ ậ ả thu s  đ t đ c kh  năng phân t p nh  m t h  th ng phân t p thu MRC 4 nhánh

ư ạ ơ ườ ệ ố ớ ặ nh ng đ c tính l i kém h n 3 dB. Thông th ng, h  th ng Alamouti v i 2 anten

ộ ợ ớ ệ ố ậ ậ phát và nR anten thu có cùng đ  l i phân t p v i h  th ng phân t p thu MRC có 1

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

75

GVHD: Lâm H ng Th ch

anten phát và 2nR anten thu

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố ặ ơ

Hình 3.13  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh ch mậ

ườ ợ 3.5.2 Tr ng h p 2 anten phát 1 anten thu

Do

ớ ườ ợ ượ ề ừ V i tr ng h p này thì almouti STBC chúng đ c truy n t 2 anten phát .

ề ả ượ ươ ượ ử ụ ầ đó truy n t i năng l ng trong ch ng trình Alamouti  đ c s  d ng hai l n trong

ể ầ ằ ượ ề ừ MRC. Do đó đ  cân b ng chúng ta c n làm cho năng l ng truy n t 2 anten trong

ườ ằ ạ ợ ớ ượ ề ừ tr ng h p STBC m nh lên b ng v i năng l ng truy n t ớ    1 anten trong MRC.V i

ể ấ ằ ủ ệ ấ quy mô này chúng ta có th  th y r ng hi u su t BER c a 2Tx, 1Rx Alamouti tr ườ   ng

ớ ườ ệ ả ấ ợ ơ ợ h p  STBC có hi u su t kém h n kho ng 3dB 1Tx, 2Rx so v i tr ng h p  MRC.

ừ ế ỷ ệ ố ỷ ệ ỗ ề T  bài vi t T  l t ế ợ i đa k t h p, t l l ế i bit cho đi u ch  BPSK trong kênh

ậ ượ ớ ườ Rayleigh v i 1 phát, 2 thu  nh n đ c tr ợ ng h p là:

(3.67)

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

76

GVHD: Lâm H ng Th ch

Trong đó :

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

1/2

=

p

+(cid:0) 1

MRC

1 2

1 2

1 E N / b

0

(cid:0) (cid:0) - (3.68) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(3.69)

ậ ượ Khi đó 2 phát và 1 thu nh n đ c :

=

ỷ ệ ỗ T  l l i bit:

[

]

P

p

p

+ - 1 2(1

)

e STBC

2 STBC

STBC

,

(3.70)

ự ế ể ặ ậ ộ ườ ữ ề ả ả Đ c đi m :Th c t đó là m t ma tr n đ ng chéo đ m b o nh ng đi u sau

đây:

ổ ạ ữ ằ 1. Không có trao đ i qua l i gi a, sau khi cân b ng.

2

2

2

2

ẫ ố ễ 2. Quá trình nhi u v n còn tr ng

+

0

0

1

n 1

h 1

h 2

H

=

(3.71)

E H

H

H

= �

* n n H 1 2

2

2

2

2

0 +

n 1 * n 2

H n 0

0

0

n 2

n 2

h 1

h 2

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

77

GVHD: Lâm H ng Th ch

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

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ủ ệ ố ặ ớ Hình 3.14  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 1 anten thu trên kênh

fading Rayleigh ch mậ

ườ ợ 3.5.3 Tr ng h p 2 anten phát 2 anten thu

ừ ệ ễ ề ả ả ậ T  vi c th o lu n v  các kênh và mô hình nhi u chúng ta tham kh o v ề

ữ ệ ậ ươ ử ụ ừ nh ng tín h u nh n đ c khi s  d ng hai anten phát hai anten thu t anten Alamouti

STBC.

h

h

11

21

=

+

h

h

12

22

x 1 x 2

1 y 1 1 y 2

1 n 1 1 n 2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)     (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.72)     (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)    

ả ị ứ ẫ ằ ổ ờ Gi ệ    đ nh r ng kênh v n không đ i cho các khe th i gian th  hai, tín hi u

ậ ượ ứ nh n đ ờ c trong các khe th i gian th  hai là :

21

=

+

h h

h 11 h 12

22

2 y 1 2 y 2

* x 2 * x 1

2 n 1 2 n 2

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

78

GVHD: Lâm H ng Th ch

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) - (cid:0)     (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (3.73) (cid:0)     (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)    

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Trong đó :

1 y 1 1 y 2

(cid:0)  (cid:0) ậ ượ ở ứ ấ ủ ờ ươ ứ ệ Là tín hi u nh n đ c khe th i gian th  nh t c a 1,2 anten t ng  ng  (cid:0) 

2 y 1 2 y 2

(cid:0)  (cid:0) ủ ờ ươ ứ ệ   Là tín hi u nhân đ ượ ở c ứ  khe th i gian th  2 c a 1,2 anten t ng  ng  (cid:0) 

ijh

ừ ứ ứ ậ ệ ố   Là h  s  kênh t ế  anten phát th  1 đ n anten nh n th  j

2

ệ ề ,x x      Là tín hi u  truy n 1

Là h  s  nhi u khe th i gian th  nh t trên anten nh n 1 và 2

1 n 1 1 n 2

(cid:0)  (cid:0) ứ ấ ệ ố ễ ậ ờ  (cid:0) 

2 n 1 2 n 2

(cid:0)  (cid:0) ệ ố ứ ễ ậ ờ Là h  s  nhi u khe th i gian th  hai trên anten nh n 1 và 2  (cid:0) 

ứ ấ ế ợ ứ ờ K t h p khe th i gian th  nh t và th  2 ta có :

=

+

(3.73)

x 1 x 2

h 11 h 12 * h 21 * h 22

h 21 h 22 * h 11 * h 12

1 y 1 1 y 2 2* y 1 2* y 2

1 n 1 1 n 2 2* n 1 2* n 2

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

=

H

h 11 h 12 * h 21 * h 22

h 21 h 22 * h 11 * h 12

(cid:0)  (cid:0)  (cid:0)  ị Chúng ta xác đ nh (cid:0) -  (cid:0)  - (cid:0) 

ta  bi

ể ả ả ủ ế ấ ề ầ ị ế Đ  gi i quy t v n đ  ta c n tìm ra ngh ch đ o c a H, ộ t, cho m t MXN

ậ ả ị ả ượ ị chung ma tr n ngh ch đ o gi c đ nh nghĩa là : đ

H

H

+ =

(

H

) 1 H H H

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

79

GVHD: Lâm H ng Th ch

- (3.74)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

2

2

2

2

ả ậ ớ ượ Ta gi i bài toán v i ma tr n tìm đ c :

+

+

+

h 11

h 21

h 12

h 22

=

(

)

H H H

2

2

2

2

+

+

0 +

0

h 11

h 21

h 12

h 22

(cid:0)  (cid:0)  (3.75) (cid:0)  (cid:0) 

ậ ườ ả ế ố Vì đây là ma tr n đ ị ng chéo ngh ch đ o O ng ượ ườ c đ ng chéo các y u t :

0

2

2

2

2

+

+

1 +

1

h 11

h 21

h 12

h 22

=

(

)

H H H

0

2

2

2

2

+

+

1 +

h 11

h 21

h 12

h 22

(cid:0)  (cid:0)  - (cid:0)  (3.76) (cid:0)  (cid:0)  (cid:0) (cid:0)  

Ướ ể ượ ề ủ c tính c a bi u t ng truy n:

1

H

H

=

(

) H H H

x 1 * x 2

1 y 1 1 y 2 2* y 1 2* y 2

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

80

GVHD: Lâm H ng Th ch

(cid:0)  (cid:0)  - (cid:0)  (cid:0)  (cid:0) (3.77)  (cid:0)  (cid:0)  (cid:0)  (cid:0) (cid:0)  

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ặ ơ ủ ệ ố Hình 3.15  Đ c tính BER c a h  th ng BPSK Alamouti v i 2 và 2 anten thu trên kênh

fading Rayleigh ch mậ

3.3  So sánh gi a STBC VÀ STTC

ữ

ấ ằ ạ ậ ườ Trong hình 3.16 (mã hóa 4 tr ng thái), ta nh n th y r ng STBC cho đ ặ   ng đ c

ố ơ ấ ả ộ ợ ạ tính t t h n t ậ t c  các lo i mã STTC, th m chí nó còn không có đ  l ề   i mã hóa. Đi u

ể ượ ả ề ủ ỗ ừ ấ ằ này có th  đ c gi i thích b ng c u trúc đa chi u c a STBC, vì m i t ẽ ố    mã s  n i 2

ụ ữ ễ ể ặ ộ symbol liên t c nhau và trung bình nhi u tác đ ng lên chúng. Nh ng đ c đi m khác

ố ạ ả ớ ườ ủ ặ ầ c n ph i chú ý: V i cùng s  tr ng thái trellis, đ ế ợ   ng đ c tính c a STBC k t h p

ườ ặ ở ỷ ố ọ ằ ở n m bên ngoài các đ ủ ng đ c tính c a các STTC các t ứ    s  SNR quan tr ng (t c

ố ớ ườ ế ố ớ ườ ế ợ là 4 đ n 12 dB đ i v i tr ng h p 2 anten thu và 10 đ n 18 dB đ i v i tr ợ   ng h p

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

81

GVHD: Lâm H ng Th ch

ố ượ ệ ộ ườ ớ m t anten thu).V i vi c tăng s  l ạ ng anten và các tr ng thái trellis, đ ặ ng đ c tính

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ắ ầ ở ế ố ượ ế ợ ặ ố STTC b t đ u bên ngoài STBC k t h p. N u s  l ng anten thu là 1 ho c t i đa

ầ ố ơ ộ ớ là 2, m t dãy đ n STBC n i vào nhau v i mã AWGN trellis thu n túy

ử ụ ạ ặ Hình 3.16  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

82

GVHD: Lâm H ng Th ch

ớ thái v i 2 anten phát, 2 anten thu (IEEE, 2001)

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ử ụ ạ ặ Hình 3.17  Đ c tính mã STBC, STBC+TCM, STTC s  d ng mã 4 và 8 tr ng

ớ thái v i 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001)

3.4  Quá trình áp d ng m ng thông tin di đ ng 4G cho viettel

ụ ộ ạ

ệ ượ ụ ề ấ Hi n nay Viettel đã  v ị t qua các nhà cung c p d ch v  truy n thông  đ  tr ể ở

ụ ớ ầ ấ ệ ẩ ạ ị thành nhà cung c p d ch v  l n hàng đ u Vi t Nam. Viettel đang đ y m nh phát

ủ ể ắ ị ườ tri n thêm các vùng ph  sóng và mua s m thêm các thi ế ị ớ  Th  tr t b  m i. ộ   ng di đ ng

ệ ệ ạ ượ ưở ế ớ ứ Vi t Nam hi n t i đ c đánh giá là tăng tr ứ ng đ ng th  2 trên th  gi i sau Trung

ề ệ ử ụ ừ ầ ố ố ị Qu c, s  thuê bao không ng ng tăng, do đó nhu c u v  vi c s  d ng các d ch v ụ

ả ề ụ ể ầ ờ ạ ngày càng cao. Trong th i gian g n đây, m ng Viettel liên t c phát tri n c  v  vùng

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

83

GVHD: Lâm H ng Th ch

ủ ạ ị ụ   ph  sóng và các lo i hình d ch v .

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ầ ử ụ ử ụ ư ứ ệ ể Hi n nay Viettel đã đ a vào s  d ng GPRS đ  đáp  ng nhu c u s  d ng các

ụ ữ ệ ủ ế ủ ủ ụ ị ị d ch v  d  li u ngày càng cao c a các thuê bao. Các d ch v  ch  y u c a GPRS

ư ươ ứ ậ ằ ậ nh : WAP, truy nh p Internet có hai ph ng th c truy nh p Internet b ng GPRS là

ụ ự ế ế ậ ắ ậ ị ươ ệ truy nh p gián ti p và truy nh p tr c ti p. D ch v  nh n tin đa ph ng ti n. Video,

ạ ả ề ự ế ị xem các đo n phim t i v , xem video tr c tuy n. Ngoài ra còn có d ch v  th ụ ươ   ng

V iớ

ệ ử ạ ụ ệ ạ ộ ộ ị m i đi n t ả  di đ ng, d ch v  ngân hàng, qu ng cáo trên đi n tho i di đ ng…

ể ủ ớ ự ơ ở ạ ầ ệ ạ ộ ề ả n n t ng h  t ng c  s , cùng v i s  phát tri n c a m ng di đ ng Viettel hi n nay,

ấ ằ ể ể ạ ộ chúng ta th y r ng m ng thông tin di đ ng này hoàn toàn có th  phát tri n lên 4G

ươ ệ ố ệ ạ ể ể ị trong t ng lai. Đ  phát tri n các h  th ng GSM hi n t i lên 4G, nhà khai thác d ch

ớ ữ ề ụ ầ v  c n chú ý t ấ i nh ng v n đ  sau:

ẽ ậ ệ ệ ể ạ ­ Viettel Mobile s  t p trung cho vi c phát tri n m ng lõi thông qua vi c xây

ố ộ ữ ế ệ ạ ộ ử ụ ự d ng m t m ng lõi IP có t c đ  cao, s  d ng nh ng công ngh  tiên ti n. Song song

ẽ ấ ớ v i quá trình này, Viettel Mobile s  nâng c p MSC Server, MGW. MGW

ờ ớ ế ồ ả ế ượ ệ ­ Đ ng th i v i các công ngh  tiên ti n trong 3,5G cũng gi i quy t đ c các

ề ố ớ ế ệ ậ ạ ớ ấ v n đ  đ i v i m ng truy nh p vô tuy n. V i các công ngh  HSDPA và HSUPA

ể ố ộ ữ ệ ớ ệ ả ườ ử ụ ề ả cho phép c i thi n đáng k  t c đ  d  li u t i ng i s  d ng. Đây là n n t ng và là

ướ ủ ế ể ệ ạ ẩ ị b c chu n b  cho vi c phát tri n ti p theo lên m ng 4G c a Viettel Mobile.

ế ầ ệ ấ ằ ­ Thay th  d n IPv4 thành IPv6.B ng vi c  nâng c p quá trình mã hóa kênh.

ộ ố ể ễ ư ứ ệ ạ ẩ ợ Đ a ra m t s  giao th c chu n cho các m ng đ  d  dàng trong vi c tích h p các

ớ ấ ể ấ ạ ớ ượ m ng v i nhau. V i c u trúc này, thì Viettel Mobile có th  cung c p đ ề   c nhi u

ấ ượ ụ ạ ố ộ ị ố ạ lo i hình d ch v  khác nhau, có t c đ  cao, ch t l ng t t. Lúc này, m ng có th ể

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

84

GVHD: Lâm H ng Th ch

ợ ượ ớ ư ề ạ tích h p đ c v i nhi u m ng khác nhau nh  WiMAX, WLAN,…

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

85

GVHD: Lâm H ng Th ch

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

Ậ

Ế

K T LU N

ể ạ ể ệ ấ ộ ộ Hi n nay m t trong th  lo i thông tin di đ ng đang phát tri n nhanh nh t là

ộ ế ầ ử ụ ệ ố ỉ thông tin di đ ng t bào. Nhu c u s  d ng h  th ng này không ch  tăng v  s  l ề ố ượ   ng

ả ề ể ạ ề ả ệ ậ ỹ ượ ứ mà c  v  th  lo i. Nhi u gi i pháp k  thu t và công ngh  đã đ c nghiên c u và áp

ế ệ ạ ạ ộ ế ố ế ậ ờ ụ d ng vào m ng. Các th  h  m ng di đ ng t bào n i ti p nhau ra đ i. Vì v y h ệ

ộ ấ ế ấ ượ ể ố ờ ụ ị ộ th ng thông tin di đ ng 4G ra đ i là m t t t y u đ  nâng cao ch t l ng d ch v  cho

ườ ử ụ ng i s  d ng.

ạ ồ ồ ộ Tóm l i, trong đ  án này chúng ta đã trình bày các n i dung bao g m:

ề ệ ố ể ổ ộ ườ ­ Tìm hi u t ng quan v  h  th ng thông tin di đ ng 4G và môi tr ế   ng vô tuy n

ạ ợ đa h p trong m ng 4G.

ể ượ ươ ượ ứ ụ ­ Tìm hi u đ c các ph ng pháp mã hóa đã đ c  ng d ng trong thông tin di

ư ắ ố ộ đ ng 3G nh  mã kh i, mã xo n và mã turbo.

ứ ươ ờ ượ ề ­ Nghiên c u ph ng pháp mã hóa không gian­th i gian đ ấ ử ụ   c đ  xu t s  d ng

ệ ố ặ ộ ệ ỹ ề ể ạ trong h  th ng thông tin di đ ng 4G, đ c bi t là tìm hi u k  v  2 lo i mã hóa không

ờ ố ờ ờ gian­th i gian: mã kh i không­gian th i gian và mã trellis không gian­th i gian.

ế ế ượ ế ệ ố ế ả ả ỏ ­ Thi t k  đ ỏ   c k t qu  mô ph ng cho h  th ng Alamouti, k t qu  mô ph ng

ể ể ứ ố ờ ờ mã kh i không gian­th i gian và mã trellis không gian­th i gian đ  ki m ch ng l ạ   i

ủ ạ ượ ề ậ ế ầ ặ đ c tính c a các lo i mã này đã đ c đ  c p trong ph n lý thuy t.

ƯỚ

Ủ

Ề

H

Ể NG PHÁT TRI N C A Đ  TÀI

ứ ươ ệ ố ­ Nghiên c u thêm các ph ng pháp mã hóa khác cho h  th ng thông tin di

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

86

GVHD: Lâm H ng Th ch

ể ể ượ ư ượ ủ ừ ể ạ ộ đ ng 4G đ  có th  rút ra đ c  u và nh c đi m c a t ng lo i mã hóa.

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

ể ấ ệ ố ử ụ ể ạ ớ ­ So sánh v i các lo i mã hóa s  d ng trong h  th ng 3G đ  có th  th y đ ượ   c

ệ ữ ự s  khác bi t gi a chúng.

ứ ứ ụ ươ ờ ­ Nghiên c u  ng d ng các ph ng pháp mã hóa không gian­th i gian vào các

Ả

Ệ

TÀI LI U THAM KH O

ư ộ ệ ố h  th ng băng r ng nh  OFDM và CDMA

ệ

ế

Tài li u ti ng Vi

ệ t

̃ ̃ ế ệ ̣ ̣

ệ ư

̃ ư ̣ ̣ ệ   ”, NXB B u đi n,

[1]. TS. Nguyên Pham Anh Dung, “Giáo trình Thông tin di đông th  h  ba”, NXB B u đi n, 3/2004. ̃ [2]. TS. Nguyên Pham Anh Dung, “Giáo trình Thông tin di đông 6/2002.

̃ ̃ ư ệ ̣ ̣ [3]. TS. Nguyên Pham Anh Dung, “Thông tin di đông GSM ”, NXB B u Đi n, 1999.

ệ

ế

Tài li u ti ng Anh

[4].   “Advanced   Wireless   Networks:  4G  Technologies  ”.  Savo  G.   Glisic.   University

ofOulu, Finland. 2006. John Wiley & Sons, Ltd.

[5].   “Introduction   to   3G   Mobile   Communications”   Second   Edition.   Juha

Korhonen.2003. Artech House, Inc.

[6].   “Multicarrier   Techniques   for   4G   Mobile   Communications”.   Shinsuke   Hara,

Ramjee Prasad. 2003. Artech House, Inc.

[7]. “Space­Time Coding”. Branka Vucetic. University of Sydney, Australia. Jinhong

Yuan. University of New South Wales, Australia. 2003. John Wiley

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

87

GVHD: Lâm H ng Th ch

[8]. “Space­Time Codes and MIMO Systems”. Mohinder Jankiraman. 2004. Artech

Ồ

Ệ

Ố Đ  ÁN T T NGHI P

[9]. ‘‘Space­Time Codes for High Data Rate Wireless Communication: Performance

Criterion and Code Construction’’. Tarokh, V., N. Seshadri, and A. R. Calderbank.

March 1998.IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. 44, No. 2, March 1998, pp. 744–765.

ệ

Tài li u trên Internet

[1]. http:// ebook@free4vn.org

ậ ố [2]. http:// tchdkh.gov.vn, Truy c p cu i cùng ngày 10/5/2010

ệ ố ủ ươ ộ _KS. [3]. http://tcbcvt.gov.vn, 4G ­ H  th ng thông tin di đ ng c a t ng lai

ễ ố ậ Nguy n Trung Kiên, Truy c p cu i cùng ngày 10/5/2010

[4]. http:// tailieu.vn

ạ

ồ

ươ

ễ

ị

SVTH: Nguy n Th  Thu H ng

88

GVHD: Lâm H ng Th ch

[5] . http://www.dientuvienthong.net