CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ
Giáo
viên hướng dẫn là TS. Lâm Hồng Thạch. Các nội dung nghiên cứu và
kết
quả
trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
cứ
công trình nghiên cứu nào trước đây.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên
công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm.
Hội An, ngày
05
tháng 05 năm
2014
GVHD: Lâm Hồng Thạch

i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các
thầy giáo, cô giáo Khoa Khoa học và công nghệ Trường Đại học Phan Châu Trinh,
những người đã dạy dỗ, trang bị cho em những kíến thức bổ ích trong bốn năm học vừa
qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Lâm Hồng Thạch, người
đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực tập và làm đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn !
Hội An, ngày 10 tháng 04 năm 2014


GVHD: Lâm Hồng Thạch

ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ xii
MỤC LỤC iii xii
MỤC LỤC iii iii xii
DANH MỤC HÌNH VẼ viii iii xii
LỜI MỞ ĐẦU 1 iii xii
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1 iii xii
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 iii xii
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 iii xii
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 iii xii
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9 iii xii
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 iii xii
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 iii xii
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 iii xii
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 iii xii
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 iii xii
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 iii xii
2.2 Vai trò của mã hóa 22 iii xii
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 iii xii

GVHD: Lâm Hồng Thạch

iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.2 Mã hóa khối 24 iii xii
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 iii xii
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 iii xiii
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 iv xiii
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 iv xiii
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 iv xiii
2.6 Kết luận chương 40 iv xiii
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 iv xiii
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 iv xiii
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 iv xiii
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 iv xiii
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 iv xiii
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 iv xiii
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 iv xiii
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 iv xiii
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60 iv xiii
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61 iv xiii
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 iv xiii
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73 iv xiii
GVHD: Lâm Hồng Thạch

iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76 iv xiii
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 iv
xiii
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 iv xiv
DANH MỤC HÌNH VẼ viii xiv
LỜI MỞ ĐẦU 1 xiv
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1 xiv
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 xiv
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 xiv
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 xiv
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9 xiv
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 xiv
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 xiv
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 xiv
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 xiv
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 xiv
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 xiv
2.2 Vai trò của mã hóa 22 xiv
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 xiv
Hình 2.2 Mã hóa khối 24 xiv
GVHD: Lâm Hồng Thạch

v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 xiv
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 xiv
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 xiv

Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 xv
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 xv
2.6 Kết luận chương 40 xv
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 xv
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 xv
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 xv
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 xv
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 xv
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 xv
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 xv
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 xv
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60 xv
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61 xv
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 xv
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73 xv
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76 xv
GVHD: Lâm Hồng Thạch

vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 xv
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 xv
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1

1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21
2.2 Vai trò của mã hóa 22
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23
Hình 2.2 Mã hóa khối 24
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30
GVHD: Lâm Hồng Thạch

vii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38
2.6 Kết luận chương 40
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56

Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
GVHD: Lâm Hồng Thạch

viii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3G Third generation Thế hệ thứ 3
4G Fourth generation Thế hệ thứ 4
A
ARM Adaptive multi rate Tốc độ đa thích ứng
ARQ Automatic repeat request Yêu cầu lặp lại tự động
AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian trắng cộng
B
BER Bit error rate Tỷ lệ lổi bit
BPSK Binary phase shift keying Khoá dịch pha nhị phân
C
CDMA Code division multiple access Đa truy cập phân chia theo mã
CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư chu trình
CSI Channel state information Thông tin trạng thái kênh

D
DAB Digital audio broadcasting Phát thanh số
DPSK Differential phase shift keying Khoá dịch pha vi sai
DVB Digital video broadcasting Truyền hình số
E
EXIT Extrinsic information transfer Chuyển giao thông tin ngoài
F
FEC Forward error correction Sủa lổi trước
FER Frame error rate Tỷ lệ lổi khung
G
GPRS General packet radio services Dịch vụ vô tuyến gói chung
H
HSPA High speed packet access Đa truy cập gói tốc độ cao
I
IEEE Institute of Electrical and
Electronic Engineers
Viện nghiên cứu kỹ thuật điện và
điện tử
i.i.d Independent identically
distributed
Sự phân bố độc lập nhau
L
GVHD: Lâm Hồng Thạch

ix
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LLR Log-likelihood ratio Tỷ lệ đoạn cực đại
LOS Line-of-sight Nhìn thẳng
LTE Long term evolution Sự phát triễn trong tương lai
LST Layered space-time Tầng không gian thời gian

M
MAP Max a posteriori Giá trị cuối lớn nhất
MC-CDMA MultiCarrier Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã
điều chế đa sóng mang
MIMO Multiple-input Multiple-output Nhiều anten ra, nhiều anten vào
MLSE Maximum likelihood sequence
estimator
Khả năng giống nhất
MMS Multimedia messages service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
MMSE Minimum mean square error Lổi bình phương trung bình nhỏ
nhất
MMS Maximal ratio combining Kết hợp tỷ lệ tối đa
N
NLOS Non line of sight Khuất
O
OFDMA Othogonal frequency division
multiple access
Đa truy nhập phân chia tần số trực
giao
P
PCBC Parallel concatenated block
coder
Mã khối kết nối song song
PCCC Parallel concatenated
convolutional coder
Mã xoắn kết nối song song
PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất
PSF Phase shift keying Điều chế khoá dịch pha

Q
QAM Quadrature amplitude
modulation
Điều chế biên độ cầu phương
QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương
QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ
S
SER Symbol error rate Tỷ lệ lổi hệ thống
GVHD: Lâm Hồng Thạch

x
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SCBC Serial concatenated block coder Mã khối theo thứ tự nối tiếp
SCCC Serial concatenated
convolutional coder
Mã xoắn theo thứ tự nối tiếp
SNR Signal to noise ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
S/P Serial-to-parallel Nối tiếp/song song
ST Space-time Không gian thời gian
STC Space-time code Mã không gian thời gian
SCBC Space-time block codes Mã khối không gian thời gian
STTC Space-time trellis code Mã hoá lưới không gian thời gian
SVD Singular value decomposition Phân tích giá trị riêng
T
TCM Trellis coded modulation Điều chế mã trellis
U
UE User equipment Thiết bị người dung
UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng tần siêu rộng
UMTS Universal mobile
telecommunication systems

Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
UTRAN Universal terrestrial radio access
network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu
W
WCDMA Wideband code division access Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỤC LỤC iii
MỤC LỤC iii iii
DANH MỤC HÌNH VẼ xii iii
MỤC LỤC iii xii iii
MỤC LỤC iii iii xii iii
DANH MỤC HÌNH VẼ viii iii xii iii
LỜI MỞ ĐẦU 1 iii xii iii
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1 iii xii iii
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 iii xii iii
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 iii xii iii
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 iii xii iii
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9 iii xii iii
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 iii xii iii
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 iii xii iii

Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 iii xii iii
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 iii xii iii
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 iii xii iii
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 iii xii iii
2.2 Vai trò của mã hóa 22 iii xii iii
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 iii xii iii
Hình 2.2 Mã hóa khối 24 iii xii iv
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 iii xii iv
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 iii xiii iv
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 iv xiii iv
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 iv xiii iv
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 iv xiii iv
2.6 Kết luận chương 40 iv xiii iv
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 iv xiii iv
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 iv xiii iv
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 iv xiii iv
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 iv xiii iv
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 iv xiii iv
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 iv xiii iv
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 iv xiii iv
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 iv xiii iv
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60 iv xiii iv
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61 iv xiii iv
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 iv xiii iv

Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73 iv xiii iv
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xiii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76 iv xiii v
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 iv
xiii v
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 iv xiv v
DANH MỤC HÌNH VẼ viii xiv v
LỜI MỞ ĐẦU 1 xiv v
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1 xiv v
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 xiv v
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 xiv v
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 xiv v
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9 xiv v
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 xiv v
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 xiv v
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 xiv v
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 xiv v
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 xiv v
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 xiv v
2.2 Vai trò của mã hóa 22 xiv v
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 xiv v
Hình 2.2 Mã hóa khối 24 xiv v
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xiv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 xiv vi
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 xiv vi
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 xiv vi
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 xv vi
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 xv vi
2.6 Kết luận chương 40 xv vi
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 xv vi
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 xv vi
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 xv vi
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 xv vi
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 xv vi
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 xv vi
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 xv vi
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 xv vi
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60 xv vi
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61 xv vi
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 xv vi
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73 xv vi
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76 xv vi
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 xv
vii
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 xv vii
LỜI MỞ ĐẦU 1 vii
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1 vii
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 vii
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 vii
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 vii
Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9 vii
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 vii
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 vii
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 vii
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 vii
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 vii
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 vii
2.2 Vai trò của mã hóa 22 vii
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 vii
Hình 2.2 Mã hóa khối 24 vii
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 vii
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 vii
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 vii
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xvi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 viii
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 viii
2.6 Kết luận chương 40 viii

3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 viii
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 viii
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 viii
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 viii
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 viii
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 viii
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 viii
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 viii
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 60 viii
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61 viii
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 viii
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73 viii
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76 viii
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78viii
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 viii
DANH MỤC HÌNH VẼ xii
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xvii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT
NAM 1
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6
Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng 8

Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen
nhau 9
Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11
Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15
Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20
Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21
2.2 Vai trò của mã hóa 22
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23
Hình 2.2 Mã hóa khối 24
Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25
Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27
Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30
Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31
Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xviii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.6 Kết luận chương 40
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41
Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42
Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48
Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48
Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49
Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51
Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56
Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56
Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên

kênh fading Rayleigh chậm 60
Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 61
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64
Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 73
Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên
kênh fading Rayleigh chậm 76
Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78
thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78
GVHD: Lâm Hồng Thạch

xix
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài: Các hệ thống thông tin di động đang bùng nổ cả
trên thế giới và cả ở Việt Nam.Trước yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng thông
tin di động về chất lượng và tính đa dạng của dịch vụ và đặc biệt là các dịch vụ truyền
dữ liệu tốc độ cao và đa phương tiện,việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ và kỹ
thuật tiên tiến đáp ứng nhu cầu này luôn là một đòi hỏi cấp thiết. Trước sự phát triển vô
cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các
yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động. Mạng thông tin di động thế hệ
ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ
trước đó. Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền
dữ liệu lớn nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người
dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa
cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu cầu
của người sử dụng.
Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông
tin di động mới có tên gọi là 4G. Nghiên cứu về mã hoá kênh là đề tài quan trọng và có

ý nghĩa nhất là trong thời kỳ các hệ thống viễn thông đang tiến đến 4G. Sự ra đời của
hệ thống này mở ra khả năng tích hợp tất cả các dịch vụ, cung cấp băng thông rộng,
dung lượng lớn, truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, cung cấp cho người sử dụng những hình
ảnh video màu chất lượng cao, các trò chơi đồ hoạ 3D linh hoạt, các dich vụ âm thanh
số. Việc phát triển công nghệ giao thức đầu cuối dung lượng lớn, các dich vụ gói dữ
liệu tốc độ cao, công nghệ dựa trên nền tảng phần mềm công cộng mang đến các
chương trình ứng dụng download, công nghệ truy nhập vô tuyến đa mode, và công
nghệ mã hoá media chất lượng cao trên nền các mạng di động.
GVHD: Lâm Hồng Thạch

1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.Tình hình nghiên cứu: Hiện nay Viettel đã đưa vào sử dụng GPRS để đáp
ứng nhu cầu sử dụng các dịch vụ dữ liệu ngày càng cao của các thuê bao. Các dịch vụ
chủ yếu của GPRS như: WAP, truy nhập Internet có hai phương thức là truy nhập gián
tiếp và truy nhập trực tiếp, dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, video, xem các đoạn phim
tải về, xem video trực tuyến. Ngoài ra còn có dịch vụ thương mại điện tử di động, dịch
vụ ngân hàng, quảng cáo trên điện thoại di động…do giá cước còn cao nên các loại bao
có thuê nhập trung bình và cao.
3.Mục đích nghiên cứu: Mục đích của việc mã hóa kênh là nhằm chuẩn bị các
luồng dữ liệu sao cho với những lỗi xảy ra trong quá trình truyền, các máy thu chắc
chắn có thể phát hiện ra và chuẩn hóa lại được.Công việc này được thực hiện hoàn toàn
thông qua quá trình tính toán sữ liệu dự phòn từ các luồng dữ liệu.Trong khi mã hóa
nguồn hướng tới loại bỏ các dữ liệu dư thừa, thì mã hóa kênh làm tăng tổng dung
lượng dữ liệu để sự truyền dẫn đáng tin cậy hơn và cải thiện chất lương dịch vụ .Công
nghệ truyền thông di động thế hệ thứ 4 là thực hiện truyền thông vô tuyến ở tốc độ cao
bằng với tốc độ trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang hiện tại. Tuy các hệ thống
truyền thông di động 4G được dự đoán sẽ được áp dụng trong tương lai, nhưng các
công nghệ tiền thân và các dịch vụ của nó hiện đã được giới thiệu. Với việc tích hợp
Internet và các ứng dụng đa truyền thông trong các hệ thống viễn thông thế hệ 4G, yêu

cầu về các dịch vụ truyền thông tốc độ cao băng rộng ngày càng tăng. Nhưng vì phổ
tần số sẵn có bị giới hạn nên để đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn thì chỉ còn cách nghiên
cứu và đưa ra những kỹ thuật xử lý tín hiệu mới, hiệu quả hơn.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu: Những nghiên cứu gần đây về lý thuyết thông tin đã
cho thấy rằng các kênh vô tuyến có dung lượng lớn có thể đạt được trong hệ thống
MIMO (multiple-input multiple-output). Kênh MIMO được xây dựng với nhiều anten
phần tử ở cả hướng phát lẫn hướng thu. Mã không gian-thời gian (space-time coding)
là một tập hợp các kỹ thuật sắp xếp tín hiệu thực tế nhằm đạt được mục đích là tiến đến
GVHD: Lâm Hồng Thạch

2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
gần giới hạn dung lượng lý thuyết của các kênh MIMO. Nền tảng của mã hóa không
gian-thời gian được đặt ra bởi Tarokh, Seshadri và Calderbank vào năm 1998. sự kết
hợp giữa mã hóa không gian-thời gian và xử lý tín hiệu MIMO đã sớm trở thành một
phạm vi nghiên cứu sôi nổi nhất trong truyền thông vô tuyến. Lúc này, nhiệm vụ chính
của nghiên cứu là triệt nhiễu tại máy thu.
5. Phương pháp nghiên cứu: Mã hóa không gian thời gian dựa vào mối quan hệ
tương quan giữa các tín hiệu được phát ở cả 2 miền không gian và thời gian. Bằng
phương pháp này, ta sẽ đạt được đồng thời độ lợi phân tập và độ lợi mã hóa, cũng có
nghĩa là đạt được hiệu quả phổ tần cao. Các nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc
thiết kế mối quan hệ phụ thuộc không gian-thời gian ở tín hiệu phát với mong muốn
đạt được độ lợi phân tập và độ lợi mã hóa cao. Nhưng gần đây, các nghiên cứu lại
chuyển sang hướng tín hiệu chỉ được mã hóa trong miền thời gian và được phát bởi
nhiều anten độc lập.
6. Kết quả đạt được của đề tài : là nền tảng đế so sánh với các mã hóa kênh đã
sử dụng trong thông tin di động 3G để thấy được những ưu điểm nổi bật, tính cấp thiết
của quá trình hướng tới hệ thống thông tin di động 4G, cho một nền công nghệ kỹ thuật
phát triển và đang ngày một đi lên không ngừng.
7. Nội dung đề tài: Nội dung đề tài bao gồm 3 chương :

- Chương 1: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động của Việt Nam.
- Chương 2: Mã hóa kênh trong thông tin di động
- Chương 3: Các phương pháp mã hóa kênh đề xuất sử dụng trong 4G.

Xin chân thành cảm ơn !
GVHD: Lâm Hồng Thạch

3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
VIỆT NAM
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động
1.1.1 Mạng thông tin đầu tiên 1G
Hệ thống thông tin di động 1G hay còn gọi là sự khởi đầu giản đơn. 1G là chữ
viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st Generation). Nó là hệ
thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog được giới thiệu lần đầu tiên vào
những năm đầu thập niên 80. Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối
theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua
các module gắn trong máy di động.
Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng mạng
1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới. Một
trong những công nghệ 1G phổ biến là NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng
ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác như AMPS
(Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng
ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập
tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom
2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.
1.1.2 Mạng thông tin di động thế hệ 2G
1.1.2.1 Công nghệ sử dụng
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn

so với thế hệ đầu tiên. Với công nghệ GSM , nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay
cho tín hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi
Radiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991.
GVHD: Lâm Hồng Thạch

1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian
dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là
sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu thoại khi
được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu
(codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết
kiệm thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ
2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết
kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn.
Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison
Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison
Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh
được sử dụng
Các chuẩn công nghệ chủ yếu của 2G bao gồm:
- GSM (thuộc TDMA) có nguồn gốc từ châu Âu, nhưng đã được sử dụng trên
tất cả các quốc gia ở 6 lục địa. Ngày nay, công nghệ GSM vẫn còn được sử dụng với
80% điện thoại di động trên thế giới.
- IS-95 còn được gọi là aka cdmaOne (thuộc CDMA, thường được gọi ngắn gọn
là CDMA tại Mỹ) được sử dụng chủ yếu là châu Mỹ và một số vùng ở châu Á. Ngày
nay, những thuê bao sử dụng chuẩn này chiếm khoảng 17% trên toàn thế giới. Hiện tại,
ở các nước Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc có rất nhiều nhà cung cấp mạng CDMA
chuyển sang cung cấp mạng GSM.
- PDC (thuộc TDMA) là mạng tư nhân, tại Japan.
- IS-136 aka D-AMPS (thuộc TDMA thường được gọi tắt là TDMA tại Mỹ) đã

từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ nay đã chuyển sang GSM.
- iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus Mobility tại
Canada.
1.1.2.2 Đặc tính của mạng
GVHD: Lâm Hồng Thạch

2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ở công nghệ 2G tín hiệu kĩ thuật số được sử dụng để trao đổi giữa điện thoại và
các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phương diện chính :
- Thứ nhất, dữ liệu số của giọng nói có thể được nén và ghép kênh hiệu quả hơn
so với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi
cùng được mã hóa trên một dải băng tần.
- Thứ hai, hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio
phát từ điện thoại. Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn; đồng thời giảm
chi phí đầu tư những tháp phát sóng.
Hơn nữa, mạng 2G trở nên phổ biến cũng do công nghệ này có thể triển khai một
số dịch vụ dữ liệu như Email và SMS. Đồng thời, mức độ bảo mật cá nhân cũng cao
hơn so với 1G.
Tuy nhiên, hệ thống mạng 2G cũng có những nhược điểm, ví dụ, ở những nơi dân
cư thưa thớt, sóng kĩ thuật số yếu có thể không tới được các tháp phát sóng. Tại những
địa điểm như vậy, chất lượng truyền sóng cũng như chất lượng cuộc gọi sẽ bị giảm
đáng kể.
1.1.3 Mạng thông tin di động thế hệ 2.5G
1.1.3.1 Công nghệ sử dụng
2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây.
Chữ số 2.5G chính là biểu tượng cho việc mạng 2G được trang bị hệ thống chuyển
mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch theo kênh truyền thống. Nó không được định
nghĩa chính thức bởi bất kỳ nhà mạng hay tổ chức nào và chỉ mang mục đích duy nhất
là tiếp thị công nghệ mới theo mạng 2G.

1.1.3.2 Đặc tính của mạng
Mạng 2.5G cung cấp một số lợi ích tương tự mạng 3G và có thể dùng cơ sở hạ
tầng có sẵn của các nhà mạng 2G trong các mạng GSM và CDMA. Và tiến bộ duy nhất
GVHD: Lâm Hồng Thạch

3