ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
----------
VŨ THỊ PHƯƠNG
MÃ GIAO HOÁN CHO TRAO ĐỔI
TỐI ƯU TRONG HỆ MIMO
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
Hà Nội – 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
VŨ THỊ PHƯƠNG
MÃ GIAO HOÁN CHO TRAO ĐỔI
TỐI ƯU TRONG HỆ MIMO
Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Trịnh Anh Vũ
Hà Nội – 2012
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ....................................................................................................................... i
Lời cam đoan .................................................................................................................. ii
Mục lục ......................................................................................................................... iii
Các ký hiệu .................................................................................................................... vi
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ........................................................................ vii
Danh mục các bảng ................................................................................................... viii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ xi
Chương I: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN
1.1 Khái niệm .................................................................................................................. 1
1.2 Mô hình kênh vô tuyến .............................................................................................. 1
1.3 Kênh tạp âm AWGN ................................................................................................. 2
1.4 Kênh truyền Fading ................................................................................................... 5
1.4.1Kênh Fading phẳng ............................................................................................. 5
1.4.2Kênh Fading chọn lọc tần số .............................................................................. 6
1.4.3Kênh Fading nhanh ............................................................................................. 7
1.4.4Kênh Fading chậm .............................................................................................. 7
1.5 Mô hình kênh Fading ................................................................................................. 7
1.5.1Kênh theo phân bố Rayleigh .............................................................................. 7
1.5.2Kênh theo phân bố Ricean .................................................................................. 9
1.6 Kênh vô tuyến MIMO ............................................................................................. 10
1.6.1 Khái niệm ........................................................................................................ 10
1.6.2Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống MIMO ................................................. 12
1.6.2.1Ưu điểm ................................................................................................ 12
1.6.2.2 Nhược điểm ......................................................................................... 12
1.6.3 Hệ thống MIMO .............................................................................................. 12
1.6.4 Các hệ thống không dây cơ bản ...................................................................... 13
1.6.4.1Hệ thống SISO ..................................................................................... 13
1.6.4.2 Hệ thống SIMO ................................................................................... 13
1.6.4.3 Hệ thống MISO ................................................................................... 13
iv
1.6.4.4 Hệ thống MIMO .................................................................................. 13
1.7 Kết luận .................................................................................................................... 14
Chương II: SỰ TRAO ĐỔI GIỮA TỐC ĐỘ VÀ ĐỘ TIN CẬY
2.1 Độ lợi phân tập và hợp kênh .................................................................................... 15
2.1.1 Độ lợi phân tập .............................................................................................. 16
2.1.2 Độ lợi hợp kênh ............................................................................................. 16
2.2 Trao đổi giữa phân tập và nhân kênh ....................................................................... 17
2.2.1 Lập công thức ................................................................................................. 19
2.2.2 Kênh Rayleigh vô hướng ................................................................................ 19
2.2.2.1 PAM ................................................................................................... 19
2.2.2.2 QAM ................................................................................................... 20
2.2.2.3 Trao đổi tối ưu ..................................................................................... 22
2.2.3Kênh Rayleigh song song ................................................................................ 23
2.2.3.1Trao đổi tối ưu ..................................................................................... 23
2.2.3.2 Trao đổi với mã lặp lại ....................................................................... 24
2.2.4 Kênh Rayleigh MISO 2x1 .............................................................................. 25
2.2.4.1 Trao đổi tối ưu ..................................................................................... 25
2.2.4.2 Trao đổi tối ưu với sơ đồ Alamouti .................................................... 26
2.2.4.3 Trao đổi với sơ đồ mã lặp lại ............................................................... 27
2.2.5 Kênh Rayleigh MIMO 2x2 .............................................................................. 28
2.2.5.1 Trao đổi với sơ đồ mã lặp lại ............................................................... 28
2.2.5.2 Trao đổi với sơ đồ mã Alamouti .......................................................... 30
2.2.5.3 Trao đổi với sơ đồ V-BLAST (nulling) ............................................... 32
2.2.5.4 Trao đổi với sơ đồ V-BLAST (ML) ..................................................... 33
2.2.5.5 Trao đổi tối ưu ...................................................................................... 34
2.2.6 Kênh Rayleigh i.i.d MIMO ntxnr ...................................................................... 35
2.2.6.1 Trao đổi tối ưu ...................................................................................... 36
2.2.6.2 Giải thích hình học ............................................................................... 38
2.3 Kết luận chương .................................................................................................... 40
Chương III: MÃ GIAO HOÁN CHO TRAO ĐỔI TỐI ƯU
3.1 Thiết kế mã vạn năng cho trao đổi phân tập – hợp kênh tối ưu. .............................. 41
3.1.1 QAM là xấp xỉ vạn năng cho kênh vô hướng ................................................. 41
v
3.1.2 Thiết kế mã vạn năng cho kênh song song. ..................................................... 42
3.1.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế mã vạn năng ........................................................ 43
3.1.2.2 Tiêu chuẩn thiết kế mã vạn năng tại SNR cao ................................... 45
3.1.2.3 Tính chất của mã vạn năng xấp xỉ ...................................................... 46
3.1.3 Thiết kế mã vạn năng cho kênh MISO ........................................................... 48
3.1.3.1 Kênh MISO được xem như là một kênh truyền song song ....................... 49
3.1.3.2 Tính vạn năng của chuyển đổi thành kênh truyền song song ...................... 50
3.1.3.3 Tiêu chuẩn thiết kế mã vạn năng cho MISO ..................................... 51
3.1.4 Thiết kế mã vạn năng cho kênh MIMO ......................................................... 52
3.1.4.1 Kênh MIMO được xem như là một kênh truyền song song với kiến
trúc D-BLAST ......................................................................................................... 53
3.1.4.2 Tính vạn năng của D-BLAST ............................................................ 54
3.1.4.3 Tiêu chuẩn thiết kế mã vạn năng ........................................................ 56
3.1.4.4 Tính chất của mã xấp xỉ vạn năng ...................................................... 57
3.2 Kết luận .................................................................................................................... 58
Chương IV: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.1 Kịch bản mô phỏng, tiêu chuẩn đánh giá ................................................................ 59
4.2 Kết quả mô phỏng ................................................................................................... 59
4.2.1 Sơ đồ mô phỏng của tín hiệu QPSK truyền trên các kênh song song ........... 59
4.2.2 Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế QPSK truyền trên hai kênh con song
song .......................................................................................................................... 60
4.2.3 Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế QPSK truyền trên 3 kênh con song
song .......................................................................................................................... 60
4.2.4 Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế QPSK truyền trên 4 kênh con song song
................................................................................................................................. 61
4.2.5 Kết quả mô phỏng tín hiệu điều chế QPSK truyền tương ứng trên 2,3,4 kênh
con song song .......................................................................................................... 62
4.3 Nhận xét kết quả mô phỏng ..................................................................................... 62
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 64
PHỤ LỤC. MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG .................................... 65
