kỹ thuật mimo-ofdm và đánh giá chất lượng hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ
     
THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
KỸ THUẬT MIMO-OFDM.
Giáo viên hướng dẫn: Ths ĐÀO MINH HƯNG
Sinh viên thực hiện : Tống Xuân Nghĩa
Lớp : ĐTVTBK28
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 1.1 Giải pháp MIMO_OFDM cho các hệ thống thông tin di động 2
Hình 1.2: Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến trong thông tin di động 3
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO_OFDM 4
Hình 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM 6
Hình 2.2 Khối thực hiện mã hoá và IFFT/FFT 7
Hình 2.3 Khối thực hiện chèn dải bảo vệ và ước lượng kênh 8
Hình 3.1 Hệ thống MIMO tổng quát 9
Hình 3.2 Sơ đồ phân tập không gian và phân tập thời gian 10
Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO sử dụng STBC với số anten phát khác nhau. 11
Hình 4.1 Hệ thống thu và phát MIMO_OFDM 13
Hình 5.1 Lưu đồ trong chương trình mô phỏng 15
Chương 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động và kĩ thuật
MIMO_OFDM.
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động
và kĩ thuật MIMO_OFDM.
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Chương 3: Kĩ thuật MIMO.
Chương 4: Kĩ thuật MIMO_OFDM.

Chương 5: Mô phỏng.
1
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
1.1 Giải pháp MIMO_OFDM cho các hệ thống thông tin di động
Hình 1.1 Giải pháp MIMO_OFDM cho các hệ thống thông tin di động
1.2 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động
GSM/GPR
S
WCDMA
GSM/GPRS
WCDMA/
IEEE802.11
MIMO_OFDM
Tiết kiệm năng lýợng
Nhiễu
Băng thông
Vùng bao phủ
Tốc độ rớt dữ liệu
Hiệu quả sử dụng
phổ
Giới hạn về băng
thông
Vấn đề nhiễu
IEEE802.11
GSM/GPRS
WCDMA/
IEEE802.11
2
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 1.2: Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến trong thông tin di động.

1.3 Tổng quan hệ thống MIMO_OFDM trong thông tin di động.
3
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA
MIMO_OFDM là kĩ thuật sử dụng nhiều anten phát và thu, chia dòng
dữ liệu ban đầu thành nhiều dòng dữ liệu con theo một thuật toán cho trước,
các dòng dữ liệu này được thực hiện ghép kênh phân chia theo tần số trực giao,
trước khi được đưa đến các anten tương ứng và truyền đi. Phía thu sẽ cũng
nhận các dòng dữ liệu này từ nhiều anten và sử dụng các thuật toán thích hợp
để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu.
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO_OFDM
Hiệu quả của kĩ thuật MIMO_OFDM trong thông tin di động.
4
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Chương 2: Kĩ thuật OFDM.
Công nghệ:
Hiệu quả sử dụng phổ,chống fading nhiều
tia…
 Tối ưu hoá công suất phát.
 Chống nhiễu xuyên kí tự, nhiễu xuyên
kênh.
 Nâng cao tốc độ truyền tín hiệu
 Thích ứng hầu hết các tiêu chuẩn vô
tuyến.
 Thích ứng việc truyền dẫn đa đường, chất
lượng tín hiệu nâng cao nhờ phân tập không
gian.
Tăng phạm vi bao phủ…
Tối ưu hoá công suất phát.
Nâng cao chất lượng mạng.

Giảm chi phí hệ thống.
Có thể áp dụng cho hầu hết các hệ
thống thông tin di động.
Người dùng:
Chất lượng dịch vụ cao. Sự lựa chọn khả dụng cho các
Độ tin cậy được đảm bảo nhà cung cấp dịch vụ…
Nhiều dịch vụ mới được tích hợp.
5
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
2.1 Định nghĩa và khái niệm:
OFDM(ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) là một kĩ thuật điều chế đa sóng
trực giao, trong đó dữ liệu được truyền nhờ rất nhiều sóng mang phụ.
Hình 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM
2.2 Các bước cơ bản trong kĩ thuật OFDM
6
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 2.2 Khối thực hiện mã hoá và IFFT/FFT
Sắp xếp dòng bit nhị phân thành
các nhóm Nbits tương ứng với
phương pháp điều chế M_QAM.
QAM là phương pháp điều chế
cả biên độ và pha.
IDFT/DFT
Dữ liệu được đưa vào các
sóng mang phụ trực giao.
Thực tế thì bộ FFT/IFFT
được thay DFT/IDFT.
Tín hiệu ra là một tín hiệu
rời rạc cũng có chiều dài N
nhưng trong miền thời gian.

Sắp xếp và mã hóa
M_QAM
7
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 2.3 Khối thực hiện chèn dải bảo vệ và ước lượng kênh.
Chèn dải bảo vệ
Chống nhiễu xuyên kí tự.
Chiều dài CP phải hạn chế để đảm
bảo hiệu suất sử dụng dải tần,
nhưng phải lớn hơn trải trễ cực đại.
Chèn Pilot
Và
Ước lượng kênh
xác định hàm truyền đạt của các
kênh con và thời gian để thực hiện
giải điều chế bên thu khi bên phát sử
dụng kiểu điều chế kết hợp.
Mẫu tin dẫn đường chèn cùng với
mẫu tin có ích cả ở miền tần số và
miền thời gian.
Khoảng cách giữa 2 tín hiệu pilot
+Trong miền tần số:
+Trong miền thời gian:
max
1
f
s
D
f
τ

≤
max
1
2 ( )
t
D S G
D
f T T
≤
+
8
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Chương 3: Kĩ thuật MIMO.
3.1 Tổng quan kĩ thuật MIMO.
Hình 3.1 Hệ thống MIMO tổng quát
9
Ưu điểm:
Tăng độ lợi mảng, làm tăng tỉ số tín hiệu
trên nhiễu, từ đó làm tăng khoảng cách
truyền dẫn mà không cần tăng công suất
phát.
Tăng độ lợi phân tập: làm giảm hiện
tượng fading thông qua việc sử dụng hệ
thống anten phân tập, nâng cao chất lượng
hệ thống.
Tăng hiệu quả phổ: bằng cách sử dụng
ghép kênh không gian.
Tăng dung lượng kênh mà không cần
tăng công suất phát và băng thông.
Nhược điểm:

Tăng độ phức tạp trong xử lí tín
hiệu phát và thu.
Kích thước của thiết bị di động
tăng lên.
Nhiễu đồng kênh: do sử dụng
nhiều anten truyền dữ liệu với
cùng một băng tần.
Nhiễu liên kênh: do nhiều người
dùng sử dụng cùng hệ thống
MIMO.
Khái niệm và định nghĩa:
Kĩ thuật MIMO là kĩ thuật sử dụng nhiều anten phát
và nhiều anten thu.
Phân loại: phân tập theo không gian,phân tập
theo thời gian, phân tập theo tần số, mã hoá khối
không gian thời gian, mã hoá lưới không gian thời
gian và ghép kênh không gian.
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
3.2 Phân tập
Hình 3.2 Sơ đồ phân tập không gian và phân tập thời gian
Phân tập thời gian
Phân tập không gian
Bộ kết hợp kiểu quét
1
.
r
n
i i
i
r r

α
=
=
∑
i
j
i i
Ae
φ
α
−
=
2
1
r
n
i
i
r A
=
=
∑
Bộ kết hợp tín hiệu thu
Bộ kết hợp kiểu lựa chọn
Bộ kết hợp tỉ số cực đại
Định nghĩa: Phân tập là kĩ thuật cải thiện độ tin cậy của tín hiệu bằng cách sử
dụng hai hay nhiều kênh thông tin liên lạc với các tính chất khác nhau.
10
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
3.3 Hệ thống MIMO sử dụng kĩ thật mã hoá không gian thời gian.

Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO sử dụng STBC với số anten phát khác nhau.
Mã hóa:
Mã hóa với 2 anten phát(Alamouti)
Mã hóa với 4 anten phát
Mã hóa với số anten phát là Nt
Định nghĩa: STBC là kĩ thuật được sử dụng trong truyền thông không dây,
truyền nhiều phiên bản các dòng dữ liệu qua nhiều anten và sử dụng nhiều
phiên bản của các tín hiệu nhận khác nhau để nâng cao chất lượng tín hiệu
thu.
11
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 3.4 Sơ đồ giải mã của STBC
GIẢI MÃ:
Bộ giải mã trực giao STBC là giải mã tối ưu (maximum likelihood decoding)
đýợc thực hiện tại bộ thu với quá trình xử lí tuyến tính
12
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Chương 4: Kĩ thuật MIMO_OFDM
4.1 Hệ thống thu/phát MIMO_OFDM.
Hình 4.1 Hệ thống thu và phát MIMO_OFDM.
Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM
Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM
13
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
4.2 Hệ thống STBC_OFDM
Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2
1 1 1
,1 ,2 ,
2 2 2
,1 ,2 ,

t t t M
t
t t t M
x x x
X
x x x
 
=
 
 
Từ mã không gian-thời gian đýợc cho bởi:
Tại mỗi thời điểm t, một khối bit thông tin được mã hoá để phát ra một từ mã
không gian thời gian mà nó bao gồm 2*M kí tự được điều chế.
14
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Chương 5: Mô phỏng
Hình 5.1 Lưu đồ trong chương trình mô phỏng.
15
LƯU ĐỒ :
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Hình 5.2 Kết quả mô phỏng
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
16
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
Kết luận:
Tìm hiểu kĩ thuật OFDM, MIMO trong thông tin di động.
Trình bày tổng quan kĩ thuật MIMO_OFDM trong thông tin di động.
Phân tích hệ thống MIMO_OFDM thông qua hệ thống STBC_OFDM trong

thông tin di động.
Hướng mở của đề tài:
Nghiên cứu STBC kết hợp mã turbo,TCM để tạo độ lợi mã hoá, nâng cao
chất lượng hệ thống
Tìm hiểu các kĩ thuật khác trong hệ thống MIMO_OFDM: STTC, SM.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ ĐỀ TÀI.
17