Báo cáo luận văn cao học: Nghiên cứu kỹ thuật MIMOOFDM ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
BÁO CÁO LUẬN VĂN CAO HỌC
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MIMO-OFDM ỨNG DỤNG
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY
CBHD: TS. TRẦN HOÀI TRUNG
HVTH: PHẠM MINH TRIẾT
LỚP : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ K16
HCM-12/2011
1
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDM).
Ưu điểm: Chống được fading chọn lọc tần số, nhiễu
liên ký tự (ISI)…
Nhược điểm: PAPR lớn, rất nhạy với hiệu ứng Doppler,
hiệu suất sử dụng đường truyền giảm.
Kỹ thuật sử dụng đa anten phát đa anten thu (MIMO)
Ưu điểm: Tăng dung lượng kênh truyền, tăng tốc độ dữ
liệu, giảm được xác suất lỗi bit…
Nhược điểm: Hạn chế ở hệ thống băng rộng, khi tốc độ
dữ liệu tăng dẫn đến nhiễu liên ký tự cũng tăng.
Các hệ thống thông tin tương lai đòi hỏi phải có dung
lượng lớn, tốc độ cao, hạn chế nhiễu, sử dụng băng thông hiệu
quả…
Mục tiêu của đề tài
2
Chương I: Tổng quan về hệ thống di động không dây.
Chương II: Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao.
Chương III: Hệ thống đa anten phát đa anten thu.
Chương IV: Kết hợp kỹ thuật OFDM với hệ thống MIMO
ứng dụng trong hệ thống thông tin không dây.

Kết luận hướng phát triển đề tài.
Nội dung của đề tài
3
Tổng quan về hệ thống không dây
SISO
MISO
SIMO
Chương I
4
Nối tiếp/
Song
song
Điều chế IFFT
Song
song/
nối tiếp
Khoảng
bảo vệ
D/A
Kênh c(t)
Song
song/
nối tiếp
Giải
điều chế
FFT
Nối tiếp/
song
song
Tách

khoảng
bảo vệ
A/D
Cân
bằng
+
Dữ liệu
vào
Dữ liệu ra
OFDM TRUYỀN
OFDM NHẬN
n
d
n
X
n
x
T
n
x
n
s
( )
s t
( )
n t
( )
r t
n
r

~
T
n
x
~
n
x
~
n
X
n
X

n
d

Hệ thống OFDM
Chương II
5
C = log
2
(1+M.N.SNR) bit/s/Hz
Mã hóa Điều chế
Điều chế
Điều chế
S/P
MIMO
nhận
Hệ thống MIMO
Chương III

6
Nguồn
thông tin
Mã khối
KG-TG
S/P Bộ thu
STBC ( Space Time
Block Codes): Khai thác độ
lợi phân tập không gian và
phân tập thời gian.
Mã STBC được đưa ra
dưới dạng ma trận.
Mã khối không gian - thời gian
Chương III
7
r
~
r
1
h
2
h
1
Tx
2
Tx
 











*
12
*
21
21
cc
cc
cc


21
nn
Sơ đồ Alamouti 2 anten phát và 1 anten thu với
các symbols phát và thu.
1
c
4
c
*
3
c
*
2

c
6
c
*
5
c
5
c
*
6
c
2
c
*
1
c
3
c
*
4
c
2
r
3
r
4
r
1
r
5

r
6
r
1
Tx
2
Tx
1
Rx
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
T
Sơ đồ Alamouti
Chương III
8
1
Tx
2
Tx
3
Tx

1
Rx
2
Rx
3
Rx
Dữ liệu Dữ liệu
Mã hóa
V-
BLAST
Giải
mã
V-
BLAST
Phía phát: Sẽ sắp xếp các bit thành symbols và chia
thành Nt luồng dữ liệu con, và được phát đồng thời trên Nt
anten phát.
Phía thu: Mỗi anten sẽ thu được từ Nt anten phát và
được xử lý bằng giải thuật V_BLAST đó là Zero-Forcing hay
MMSE.
Mã hóa V-BLAST
Chương III
9
r
Loại trừ
luồng 1
Bộ thu ZF 1
Giải mã
luồng 1
Bộ thu ZF 2

Giải mã
luồng 2
Loại trừ
luồng 1, 2
Bộ thu ZF 3
Giải mã
luồng 3
Loại trừ
luồng 1,
2,3…Nt-1
Bộ thu ZF Nt
Giải mã
luồng Nt

1
x

2
x

3
x

N t
x
.
.
.
.
.

.
.
.
.
Bộ thu V_BLAST Zero-Forcing
Chương III
10
r
Loại trừ
luồng 1
Bộ thu
MMSE 1
Giải mã
luồng 1
Bộ thu
MMSE 2
Giải mã
luồng 2
Loại trừ
luồng 1, 2
Bộ thu
MMSE 3
Giải mã
luồng 3
Loại trừ
luồng 1,
2,3…Nt-1
Bộ thu
MMSE Nt
Giải mã

luồng Nt

1
x

2
x

3
x

N t
x
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Bộ thu V_BLAST MMSE
Chương III
11
Mã
hóa
STC
Giải
mã

STC
Điều
chế
Điều
chế
OFDM
Truyền
OFDM
Truyền
OFDM
Truyền
OFDM
Nhận
OFDM
Nhận
OFDM
Nhận
1
X
T
2
X
T
n
X
T
1
R
T
2

R
T
n
R
T
Cấu trúc máy thu và phát của hệ thống MIMO-
OFDM bao gồm hệ MIMO N
T
anten phát và N
R
anten
thu.
Hệ thống MIMO-OFDM
Chương IV
12
Điều chế
. . .
1
(1)
X
1
(2)
X
1
( )
X N
(.)*
IFFT
IFFT
CP

1 *
2
F X


CP
1 *
1
F X

. . .
2
(1)
X
2
(2)
X
2
( )
X N
-(.)* IFFT
IFFT
CP
1 *
1
F X

CP
1
2

F X

+
. . .
1
(1)
y
1
(2)
y
1
( )
y N
S/P
Tách CP
FFT
. . .
2
(1)
y
2
(2)
y
2
( )
y N
FFT
Bộ kết hợp Giải điều chế
Bộ ước lượng
1 2

[ , ]
n n
Tx 1
Tx 2
Máy phát
Máy thu
Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti
Chương IV
13
Điều chế
Bộ truyền
OFDM
Bộ truyền
OFDM
Bộ truyền
OFDM
1
X
2
X
N
X
Tx1
Tx2
TxN
.
.
.
.
.

.
Khối mã hóa STC trong trường hợp này chỉ là một
bộ S/P chia luồng dữ liệu lớn thành N
T
luồng dữ liệu nhỏ,
sau đó N
T
luồng này được đưa vào N
T
bộ phát OFDM.
Khối mã hóa STC
Hệ thống MIMO-OFDM V_BLAST
Chương
IV
Chương IV
14
Giải mã
ZF/MM
SE
Giải mã
ZF/MM
SE
Giải mã
ZF/MM
SE
Giải mã
ZF/MM
SE
Nt x N Symbol
Sóng mang phụ

Giải điều
chế
Dữ liệu
Khối giải mã STC
Bộ thu
OFDM
Bộ thu
OFDM
Bộ thu
OFDM
RX 1
RX 2
RX N
Hệ thống MIMO-OFDM V_BLAST
Chương
IV
Chương IV
15
Kết quả mô phỏng
Hệ thống MIMO Alamouti với hai anten truyền một anten nhận
và hai anten truyền hai anten nhận.
16
Kết quả mô phỏng
Hệ thống MIMO V_BLAST ZF và MIMO V_BLAST MMSE.
17
Kết quả mô phỏng
Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti và MIMO-OFDM V_BLAST.
18
MIMO là một phương thức truyền dẫn dữ liệu
mới cho phép tăng nhanh dung lượng của kênh truyền vô

tuyến.
OFDM để chuyển kênh truyền băng rộng fading
chọn tần số thành nhiều kênh truyền fading phẳng băng
hẹp và triệt nhiễu nhờ chèn thêm khoảng bảo vệ có chiều
dài lớn hơn độ trễ của kênh truyền.
Với việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật
OFDM và đặc biệt là hai mô hình Alamouti và mô hình
V_BLAST cho phép tăng dung lượng và chất lượng của hệ
thống một cách đáng kể.
Kết luận
19
20