Các thuật toán cân bằng kênh trong hệ thống SISO,MIMO

Đồ án tốt nghiệp
Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Giảng viên đánh giá:......................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................
…………………………………………………………………………………..
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và
1 các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

1 2 3 4 5

phạm vi ứng dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
4

Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
đạt được

1 2 3 4 5
1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ 1 2 3 4 5
thống
6

Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết
quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.

1 2 3 4 5

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa
7

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp
lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong
tương lai.

Nguyễn Thị Khanh

1

1 2 3 4 5


Đồ án tốt nghiệp
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
8

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,
có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

1 2 3 4 5

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có
trích dẫn đúng quy định
9

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa
học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
10a

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa
học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

5

phát minh sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
10b

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở
lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc

2

tế khác về chuyên ngành như TI contest.
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học

0

Điểm tổng

/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh
thần làm việc của sinh viên)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Nguyễn Thị Khanh

2


Đồ án tốt nghiệp
.......................................................................................................................................
.............................................................................................

Ngày:

/

/201

Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá:......................................................................................... ……
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:………………………...
Tên đồ án: ................................... ................................... .........................................

Nguyễn Thị Khanh

3


Đồ án tốt nghiệp
……………………………………………………………………………………….
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và
1 các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

1 2 3 4 5

phạm vi ứng dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
4

Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả
đạt được

1 2 3 4 5
1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp
5 thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ 1 2 3 4 5
thống
6

Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết
quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.

1 2 3 4 5

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa
7

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp
lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

1 2 3 4 5

tương lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương
logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được
8

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,
có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu
chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có
trích dẫn đúng quy định

Nguyễn Thị Khanh

4

1 2 3 4 5


Đồ án tốt nghiệp
9

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa
học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
10a

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

5

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

10b

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

2

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc
tế khác về chuyên ngành như TI contest.

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học

0

Điểm tổng

/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
..............................................................................................................

Ngày:

/

/2015

Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Khanh

5


Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Vào thời xưa, con người trao đổi thông tin với nhau bằng tín hiệu như âm thanh
tiếng trống, khói lửa. Thời hiện đại các thiết bị điện báo, điện thoại, máy fax cũng
như dùng thông tin viba, vô tuyến, sợi quang, thông tin vệ tinh phát triển. Cuộc
cách mạng không dây bắt đầu vào đầu thập niên 1900 với những phát triển tiên
phong trong lĩnh vực vô tuyến và thông tin liên lạc không dây nhờ Nikola
Tesla và Guglielmo Marconi. Công nghệ không dây đã làm nên một hệ thần
kinh thông minh nhạy bén trên trái đất. Có thể nói lĩnh vực viễn thông đã hiện thực
hóa khả năng liên kết của mỗi người của mỗi quốc gia, gắn kết mọi người với nhau
nhờ một mạng lưới viễn thông vô hình và hữu hình trên khắp trái đất và vũ trụ. Nhu

Nguyễn Thị Khanh

6

Đồ án tốt nghiệp
cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người cũng tăng lên. Hiện nay, ngành Viễn
Thông đang phát triển không ngừng để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của
người sử dụng. Thông tin truyền đạt thông dụng nhất hiện nay là truyền dẫn trong
môi trường Vô Tuyến. Nội dung của đồ án này sẽ giải quyết vấn đề xử lý tín hiệu
thu, giảm nhiễu do môi trường Vô Tuyến gây ra“Các thuật toán cân bằng kênh
trong hệ thống SISO, MIMO”.
Em xin chân thành cảm ơn T.S Hàn Huy Dũng đã tận tâm hướng dẫn, dạy bảo
và tập thể Signal Processing and Radio Communications (Sparc) Lab luôn đồng
hành cùng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Em xin cảm ơn Thầy (Cô)
trong viện Điện Tử - Viễn Thông giúp đỡ Em có những kiến thức cơ bản về ngành
Viễn Thông giúp em có định hướng tương lai của mình. Kiến thức của em còn hạn
chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy (Cô) để kiến thức của em
trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Hà nội, ngày... tháng ... năm 2015
Người thực hiện đề tài
NGUYỄN THỊ KHANH
TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài này thực hiện nhằm giải quyết vấn đề méo tín hiệu tại phía thu của hệ
thống thông tin vô tuyến cơ bản. Phương pháp đưa ra trong đồ án này là nâng cấp từ
hệ thống SISO lên MIMO và sử dụng các thuật toán cân bằng kênh.
Hai phương pháp trên sử dụng phương thức nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô
phỏng trên MATLAB. Đối với phương pháp nâng cấp hệ thống dựa trên phân tích
tín hiệu đi qua mỗi thành phần của hệ thống như tín hiệu phát, kênh truyền, nhiễu,
bộ lọc, cân bằng kênh, phía thu. Phương pháp nghiên cứu thuật toán cân bằng kênh
đưa ra các thuật toán CMA, MCMA, MMA, MMMA. Đặc biệt là thuật toán

MMMA khắc phục được nhược điểm của các thuật toán khác. Các thuật toán cân

Nguyễn Thị Khanh

7


Đồ án tốt nghiệp
bằng kênh được so sánh và đánh giá dựa trên các tiêu chí giảm nhiễu liên ký tự ISI
và tỷ lệ lỗi bit BER.

ABSTRACT
This thesis topic is aimed to resolve signal distortion at receiver of radio
communications system. Methodologies carried out in this thesis include upgrading
SISO system to MIMO system and using channel equalization algorithms.
These two methodologies combine adopt theoretical study and simulation at
MATLAB. Upgrading system method is implemented due to analyzing signal
transmitting through each unit of system such as transmissions, channels,
interference, filter, receivers. Channel equalization algorithms perform CMA,
MCMA, MMA, MMMA algorithms. Especially, MMMA overcomes weaknesses of
other algorithms. Channel equalization algorithms are compared and evaluated
based on Inter Symbol Interference ISI reduction and Bits error ratio BER criteria.

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Nguyễn Thị Khanh

8

Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Khanh

9


Đồ án tốt nghiệp

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Nguyễn Thị Khanh

10


Đồ án tốt nghiệp
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
BER
CMA

Bit Error Rate
Constant Moduluse Algorithm

CP
ISI
LS
MCMA

Cyclic Prefix
Inter Symbols Interference
Least Square
Modified
Constant
Algorithm
Multiple Modulus Algorithm

MMA
MMMA
MIMO
OFDM
QAM
SISO
SIMO
SNR
MISO
MMSE
ZF

Tỷ lệ lỗi bits
Thuật toán cân băng kênh hằng số
module
Tiền tố lặp
Giao thoa liên ký hiệu
Bình phương nhỏ nhất
Moduluse Thuật toán CMA sửa đổi

Thuật toán cân bằng kênh nhiều

module
Modifed Multiple Modulus Algorithm Thuật toán MMA sửa đổi
Multiple Input Multiple Output
Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
Ogthogornal
Frequence
Division Đa truy nhập phân chia theo sóng
Multiplexing
mang con trực giao
Quaderature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông pha
Single Input Single Outout
Một đầu vào, một đầu ra
Single Input Multiple Output
Một đầu vào, nhiều đầu ra
Signal to Noise Ratio
Tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu
Multiple Input Single Output
Nhiều đầu vào, một đầu ra
Minimum Mean Square Error
Tối thiểu hóa trung bình bình
phương sai khác
Zero Forcing
Ép không

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong môi trường Vô Tuyến không cố định mọi lúc mọi nơi nên thông tin truyền
trong môi trường này luôn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố do môi trường không gian
tạo lên như địa hình, thời tiết, con người.... Môi trường vô tuyến là môi trường
truyền dẫn không thể dự đoán được kênh truyền nên tín hiệu nhận được luôn bị biến

dạng.
Nội dung của đồ án sẽ giới thiệu các thuật toán cân bằng kênh và mô phỏng các
thuật toán cân bằng kênh CMA, MCMA, MMA, MMMA trên hai hệ thống SISO và
MIMO để khôi phục tín hiệu tại phía thu. Các thuật toán cân bằng kênh được so
sánh với nhau và được đánh giá dựa trên các tiêu chí giảm nhiễu ISI và BER.

Nguyễn Thị Khanh

11


Đồ án tốt nghiệp
Chương 1. Tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến
Chương 1 tổng hợp kiến thức thông tin trong môi trường vô tuyến. Đưa ra những
ảnh hưởng do nhiễu gây ra méo tín hiệu và những biện pháp khắc phục hạn chế như
xây dựng hệ thống nhiều anten thu phát hay xử lý tín hiệu sử dụng bộ lọc, các thuật
toán cân bằng kênh.
Chương 2. Hệ thống MIMO
Chương 2 đưa ra khái niệm hệ thống MIMO và các trường hợp đặc biệt của hệ
thống MIMO. Từ tín hiệu phát đi qua kênh truyền và bộ lọc thích nghi ta có thể
khôi phục được tín hiệu sau khi bị tác động bởi môi trường vô tuyến. Trong chương
này đã đưa ra hàng loạt công thức phân tích từ hệ thống.
Chương 3. Các thuật toán cân bằng kênh
Nội dung chương 3 xoay quanh việc phân tích thuật toán, nhận xét ưu điểm,
nhược điểm của từng thuật toán cân bằng kênh. Các thuật toán cân bằng kênh đưa ra
đều giảm được lượng nhiễu ISI. So sánh 4 thuật toán CMA, MCMA, MMA và
MMMA.
Chương 4. Mô phỏng và đánh giá chất lượng
Đây là chương cuối cùng của đồ án, là chương mô phỏng và đánh giá toàn bộ nội
dung đưa ra từ những chương đầu tiên. Chương 4 có cái nhìn khách quan nhất so

sánh các hệ thống, các thuật toán đưa ra ưu và nhược điểm khi xây dựng thuật toán
đưa vào hệ thống MIMO. Đặc biệt sẽ mô phỏng nhiều về thuật toán MMMA vì đây
là thuật toán khắc phục được nhược điểm của các thuật toán khác.

Nguyễn Thị Khanh

12


Đồ án tốt nghiệp

1. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Các phương tiện thông tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin
cơ bản, đó là thông tin vô tuyến và thông tin hữu tuyến. Trong truyền dẫn hữu
tuyến, người ta truyền trên nhiều sợi cáp. Trong truyền dẫn vô tuyến, người ta hay
sử dụng phân tập ăng ten, chẳng hạn như phân tập phát (transmit diversity)/phân tập
thu (receive diversity) là phân tập trên nhiều ăng ten phát/ăng ten thu. [1][2]. Thông
tin hữu tuyến di chuyển nhờ dây dẫn, thông tin vô tuyến di chuyển trong không
gian. Thông tin di chuyển trong không gian sẽ tiết kiệm hơn. Hiện nay thông tin vô
tuyến được sử dụng rộng rãi hơn thông tin hữu tuyến.

Nguyễn Thị Khanh

13


Đồ án tốt nghiệp
Thông tin vô tuyến có những ưu điểm[4]

• Linh hoạt: có thể triển khai hệ thống truyền dẫn số rất nhanh và khi
không cần thiết có thể tháo gỡ và nhanh chóng chuyển sang lắp đặt ở vị
trí khác của mạng viễn thông. Ưu điểm này cho phép các nhà khai thác
phát triển mạng viễn thông nhanh chóng ở các vùng cơ sở hạ tầng viễn
thông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp nhất.
• Di động: chỉ có truyền dẫn vô tuyến mới đáp ứng được thông tin mọi nơi
mọi thời điểm của khách hàng viễn thông. Nhu cầu này không ngừng
tăng ở thế kỷ 21 khi nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng.
Ngoài các ưu diểm trên thông tin vô tuyến là phương tiện thông tin duy nhất cho
các chuyến bay vào các hành tinh khác, thông tin đạo hàng, định vị…Trong chương
này sẽ tổng quát chung về mô hình thông tin vô tuyến và giới thiệu về kênh truyền
trong môi trường này.

1.1 Môi trường truyền dẫn

Hình 1.1 Mô hình truyền dẫn phân tập đa đường

Nguyễn Thị Khanh

14


Đồ án tốt nghiệp
Môi trường truyền dẫn là môi trường vô tuyến mô tả như Hình 1.1[1]. Trong môi
trường thông tin vô tuyến, tín hiệu truyền đi theo nhiều hướng, nhiều đường dẫn
khác nhau. Sử dụng môi trường không gian thực tế làm kênh truyền. Môi trường
truyền dẫn có thể là trong một tòa nhà, ngoài trời, hoặc phản xạ trên các tầng điện li.
Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn mà kênh truyền dẫn có các tính chất khác
nhau.
Có thể mô hình hóa kênh truyền vô tuyến băng cơ bản [1] như sau:

Hình 1.2 Đặc tuyến kênh truyền
Hình 1.2 thể hiện đáp ứng xung của kênh

τ

ở những thời điểm khác nhau. Thời

gian trễ truyền dẫn liên quan tới độ dài của tuyến truyền dẫn và vận tốc ánh sáng.
Trễ truyền dẫn là hiệu số giữa thời điểm nhận được tín hiệu và thời điểm phát tín
hiệu. Đáp ứng xung của kênh truyền

h(τ )

là phép biểu diễn toán học của kênh ở

miền thời gian.

1.2 Tác động từ môi trường vô tuyến
Chất lượng của tín hiệu thu trong môi trường vô tuyến phụ thuộc vào chất lượng
kênh truyền. Kênh truyền tốt nhất đó là kênh truyền thẳng trong trường hợp tồn tại
máy phát và máy thu đặt trong tầm nhìn thẳng[1]. Nhưng trên thực tế kênh truyền
hoàn toàn ngẫu nhiên và do tác động của môi trường vô tuyến gây méo tín hiệu
trầm trọng.
Xét 1 hệ thống đơn giản như sau:

Nguyễn Thị Khanh

15

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3 Hệ thống truyền tin đơn giản
Giả sử tín hiệu phát s(k) là tín hiệu 64-QAM đi qua kênh truyền h(k) chịu tác
động của nhiễu n(k). Ở phía thu ta nhận được tín hiệu x(k). Mô phỏng hệ thống trên
MATLAB thu được kết quả như sau:
16-QAM

output x(k)

8

15

6
10
4
5
2
0

0

-2
-5
-4
-10
-6
-8

-10

-5

0

5

10

-15
-20

-10

Hình 1.4 Tín hiệu phát và nhận

Nguyễn Thị Khanh

16

0

10

20


Đồ án tốt nghiệp
Tín hiệu phát và nhận được mô phỏng như Hình 1.4 có tín hiệu nhận phân bố

không theo 1 quy luật chung nào, vị trí tín hiệu bị xê dịch. Hình dạng của tín hiệu bị
biến đổi do hiện tượng Fading, nhiễu trắng, nhiễu liên ký tự..v..v..

1.2.1 Hiện tượng Fading
Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu một cách bất thường xảy ra đối với các
hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn[4].
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất:
• Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn.
• Sự hấp thụ gây bởi các phần tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù… sự
hấp thụ này phụ thuộc vào dải tấn số công tác đặc biệt là dải tần
cao(>10GHz)
• Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí.
• Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong trường hợp có bề mặt nước
và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển. Đây cũng là một
yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường.
• Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan
sóng điện từ gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín
hiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện
tượng này đặc biệt quan trọng trong thông tin di động.
Phân loại:

• Fading phẳng: Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể
và hầu như là hằng số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu.
• Fading chọn lọc tần số: Xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thông
của kênh truyền. Do đó hệ thống tốc độ vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệu
lớn (lớn hơn độ rộng kênh) sẽ chịu nhiều tác động của selective fading. Loại
này chủ yếu do fading đa đường gây ra. Tác hại lớn nhất của loại fading này
là gây nhiễu liên kí tự ISI.
• Fading nhanh: Fading nhanh (fast fading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler,
nguyên nhân là có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát dẫn

đến tần số thu được sẽ bị dịch tần đi so với tần số phát tương ứng. Mức độ
dịch tần sẽ thay đổi theo vận tốc tương đối giữa máy phát và máy thu.

Nguyễn Thị Khanh

17


Đồ án tốt nghiệp
• Fading chậm: Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền như tòa
nhà cao tầng, ngọn núi, đồi… làm cho biên độ tín hiệu suy giảm. Tuy nhiên,
hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi
chậm.
Ở đây cần quan tâm tới Fading lựa chọn tần số. Ta có các cách khắc phục sau:

• Phân tập (Diversity) không gian: Dùng nhiều Anten phát và thu hoặc truyền
tại nhiều thời điểm khác nhau.
• Sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE (Adaptive Time
Domain Equalizer) với các thuật toán thích nghi thông dụng là ZF(Zero
Forcing) và sai số trung bình bình phương cực tiểu LMS (Least Mean Square
Error)
• Sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER
• Trải phổ tín hiệu: tách các tia sóng và tổng hợp chúng lại
• Sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu là OFDM (Ogthogornal
Frequence Division Multiplexing)
1.2.2 Nhiễu trắng (White noise)
Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa
là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông. Nhiễu trắng
ảnh hưởng lên toàn bộ phổ hiệu. Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng vì có tính chất
tương tự với ánh sáng trắng.[5]

Nguyễn Thị Khanh

18


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.5 Tín hiệu Nhiễu trắng
Nguồn nhiễu trắng

• Nhiễu sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các điện tử trong các linh kiện
bán dẫn.
• Những âm thanh như tiếng gió, tiếng nước cũng là nguồn nhiễu trắng
• Các vấn đề thời tiết, con người
1.3 Kết luận
Chương 1 tổng hợp kiến thức thông tin trong môi trường vô tuyến. Đưa ra những
ảnh hưởng do nhiễu gây ra méo tín hiệu và những biện pháp khắc phục hạn chế như
xây dựng hệ thống nhiều anten thu phát hay xử lý tín hiệu sử dụng bộ lọc cân bằng
kênh. Các chương tiếp theo sẽ nói rõ hơn về các phương pháp khắc phục này.

Nguyễn Thị Khanh

19


Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Khanh

20


Đồ án tốt nghiệp

2. CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG MIMO
Để khắc phục những nhược điểm của nhiễu do môi trường vô tuyến gây ra. Ta
xây dựng hệ thống MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output). Hệ thống sẽ giúp
khắc phục được nhược điểm của truyền đa đường để tăng dung lượng và chất lượng
truyền dẫn. Trong chương 2 sẽ đưa ra mô hình hệ thống và phân tích chi tiết tín hiệu
vào raError: Reference source not found.

2.1 Tổng quan về hệ thống MIMO
Một trong những giải pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến là
công nghệ truyền thông vô tuyến sử dụng đa Anten hay còn gọi là công nghệ truyền
thông đa đầu vào và đa đầu ra(Multiple-Input Multiple-Output).
2.1.1 Định nghĩa
MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) là công nghệ truyền thông không dây,
trong đó cả đầu nhận lẫn đầu phát tín hiệu đều sử dụng nhiều ăng ten để tối ưu hóa
tốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mất
tín hiệu... MIMO tận dụng sự dội lại của sóng khi “đụng” phải những chướng ngại
trên đường truyền khiến chúng có thể đến được đầu nhận tín hiệu bằng nhiều con
đường khác nhau.[11]

Hình 2.6 Hệ thống MIMO

2.1.2 Các trường hợp đặc biệt
Một hệ thống thông tin vô tuyến dùng N T anten phát và NR anten thu được gọi là
hệ thống đa anten phát đa anten thu MIMO, kênh truyền sử dụng cho hệ thống này
gọi là kênh MIMO. Người ta phân loại các hệ thống MIMO theo các trường hợp

riêng như sau:[11]

Nguyễn Thị Khanh

21


Đồ án tốt nghiệp
• Trường hợp đặc biệt NT = NR = 1 được gọi là hệ thống một anten phát,
một anten thu SISO được biểu diễn ở Hình 2.2 và kênh tương ứng gọi là
kênh SISO.

Hình 2.7 Hệ thống SISO

• Trường hợp 2: Sử dụng NT = 1 và NR ≥ 2 . Hệ thống đó được gọi là
SIMO, và kênh tương ứng là kênh SIMO.

Hình 2.8 Hệ thống SIMO

• Trường hợp 3: Sử dụng N T ≥ 2 và NR = 1 và. Hệ thống đó được gọi là
MISO, và kênh tương ứng là kênh MISO.

Hình 2.9 Hệ thống MISO

2.1.3 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống MIMO
A, Ưu điểm[1]

Nguyễn Thị Khanh

22

Đồ án tốt nghiệp
• Có hiệu suất sử dụng phổ tần cao đáp ứng được nhu cầu về dung
lượng.
• Khắc phục được nhược điểm của truyền đa đường để tăng dung lượng
và chất lượng truyền dẫn.
• Trong các hệ thống MIMO, pha đinh ngẫu nhiên và trải trễ có thể
được sử dụng để tăng thông lượng.
• Các hệ thống MIMO cho phép tăng dung lượng mà không cần tăng
băng thông và công suất nhờ sử dụng miền không gian.
B, Nhược điểm[1]
• Hệ thống MIMO chứa nhiều Anten dẫn đến: tăng độ phức tạp, thể
tích, giá thành phần cứng so với SISO.
• Vì điều kiện kênh phụ thuộc vào môi trường vô tuyến nên không phải
bao giờ hệ thống MIMO cũng có lợi hơn SISO.
• Khi tồn tại đường truyền thẳng (LOS), cường độ trường LOS cao hơn
tại máy thu sẽ dẫn đến hiệu năng cũng như dung lượng của hệ thống
SISO tốt hơn, trong khi đó dung lượng của hệ thống MIMO lại giảm.
Lý do vì các đóng góp mạnh của LOS dẫn đến tương quan giữa các
Anten mạnh hơn và điều này làm giảm ưu điểm sử dụng hệ thống
MIMO.

2.2 Phân tích hệ thống
2.2.1 Hệ thống SISO
Cấu trúc

Nguyễn Thị Khanh

23

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.10 Mô tả hệ thống có sử dụng cân bằng kênh
Ta mô phỏng truyền tín hiệu đầu vào và đầu ra của hệ thống SISO Hình 2.5 như
sau: Cho tín hiệu phát s(k) phát tại thời điểm k qua kênh truyền h[k] ta thu được tín
hiệu x(k) đã bị ảnh hưởng bởi nhiễu Gaussian (AWGN) n(k). Để khôi phục tín hiệu
sao cho giống với tín hiệu phát đi ta sử dụng một bộ lọc với hệ số phù hợp. Khi thu
được tín hiệu thông qua bộ lọc w(k) ta thông qua một bộ đánh giá nếu tín hiệu chưa
giống với tín hiệu phát đi ta sẽ nhận được tín hiệu chính xác là (k).
Từ hệ thống trên, ta suy ra được công thức tính tín hiệu ra theo tín hiệu đầu vào:
[8]

y ( k ) = s ( k ) * w * ( k ) * h ( k ) + n ( k ) = s ( k ) * c * ( k ) + n( k )

kênh kết hợp .
Tín hiệu vào 4-QAM được phát đi và quá trình nhận và xử lý tín hiệu sẽ như sau:

Nguyễn Thị Khanh

24

(2.1)


Đồ án tốt nghiệp

2

imaginary part

1
0
-1
-2
-2

imaginary part

Received samples
4

-1

0
1
real part
Received samples

0
-2
-4
-4

2

4

2

2

1

imaginary part

imaginary part

Input symbols
2

0
-2
-4
-4

-2

0
real part

2

0
real part
Review

2

4

-1

0
real part

1

2

0
-1
-2
-2

4

-2

Hình 2.11 Mô phỏng hệ thống sử dụng cân bằng kênh
Tín hiệu phát đi biểu diễn ở hình đầu tiên bao gồm các điểm thuộc 4 điểm như
trên, nhưng sau khi qua kênh truyền ảnh hưởng bởi nhiễu vị trí của tín hiệu bị xê
dịch không theo quy chuẩn nào cả. Khôi phục tín hiệu nhờ bộ lọc ta thu được như
hình 3 tín hiệu đã phân tách ra làm 4 khu vực. Nhưng tín hiệu ta cần là tín hiệu
giống như tín hiệu phát nên ta cần tới bộ đánh giá đưa ra quyết định. Kết quả cuối
cùng là tín hiệu giống với tín hiệu ban đầu. Qua đây ta thấy được tầm quan trọng
của việc sử dụng bộ lọc ở phía thu.

Nguyễn Thị Khanh

25