MỤC LỤC.
Đ ồ án
T ổ ng quan h ệ th ố ng MIMO - OFDM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
MỤC LỤC.
MỤC LỤC.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.
DANH MỤC HÌNH VẼ.
LỜI NÓI ĐẦU.
Chương 1 x
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM
VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG x
1.1. Giới thiệu x
1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động x
1.2.1. Giới thiệu chung x
1.2.2. Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động.
xii
1.3. Môi trường vô tuyến trong thông tin di động xiii
1.3.1. Méo biên độ. xiv
1.3.1.1. Mô hình fading Rayleigh xiv
1.3.1.2. Mô hình fading Rician xv
1.3.1.3. Thống kê của fading xvi
1.3.2. Suy hao đường truyền xvii
1.3.3. Trải trễ trong hiện tượng đa đường xix
1.3.4. Tạp âm trắng Gauss xix
1.3.5. Hiện tượng Doppler xx
1.4. Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM xxi
1.4.1. Định nghĩa và khái niệm xxii
1.4.2. Kỹ thuật MIMO-OFDM xxii
1.5. Kết luận chương xxiii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.

3.1.2. Khuyết điểm của hệ thống MIMO 46
3.2. Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO 46
3.3. Sơ lược phân tập 46
3.3.1. Phân tập thời gian 47
3.3.2. Phân tập tần số 47
3.3.3. Phân tập không gian 48
3.3.4. Các phương pháp kết hợp phân tập 49
3.3.4.1. Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC) 49
3.3.4.2. Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC) 50
3.3.4.3. Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC) 51
3.4. Mã hóa không gian_thời gian 53
3.4.1. Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes) 54
3.4.1.1. Mã hóa Alamouti 55
3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ 56
3.5. Kết luận chương 59
Chương 4 60
KỸ THUẬT MIMO-OFDM 60
4.1. Giới thiệu 60
4.2. Mô tả tổng quan về hệ thống MIMO_OFDM 60
4.2.1. MIMO-OFDM Tx 61
4.2.2. MIMO_OFDM Rx 61
4.2.3. Cấu trúc của khung (frame) của hệ thống MIMO-OFDM 62
4.3. Phân tích hệ thống MIMO-OFDM 63
4.3.1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 63
4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM 64
4.3.2.1. Hệ thống STBC-OFDM 64
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
MỤC LỤC.
4.3.2.2. Bộ phát STBC-OFDM 65
4.3.2.3. Bộ thu STBC-OFDM 66

CP Cyclic Prefix
CNR Carrier Noise Rate
CSI Channel State Information
D
DFT Discrete Fourier Transform
E
EGC Equal Gain Combiner
F
FDMA Frequency Division Multiple Access
FEC Forward Error Correcting
FFT Fast Fourier Transform
G
GSM Global System For Mobile Communication
I
IS-95 Interim Standard 95
IS-136 Interim Standard 136
ISI InterSymbol Interference
ITU International Telecom Union
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.
ICI InterChannel Interference
M
MS Mobile Station
MIMO Multi Input Multi Output
MMSE Minimum Mean Square Error
MRC Maximum Ratio Combiner
ML Maximum Likelihood
N

WIMAX World Interoperability Microwave Access
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
DANH MỤC HÌNH VẼ.
DANH MỤC HÌNH VẼ.
Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh xv
Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler xx
Hình 1.4: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO-OFDM xxiii
Hình 2.1: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang xxvi
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống đa sóng mang xxvi
Hình 2.3a: Bốn sóng mang trực giao nhau xxvii
Hình 2.3b: Phổ của 4 sóng mang trực giao xxvii
Hình 2.4a: Kỹ thuật đa sóng mang xxviii
Hình 2.4b: Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao xxviii
Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống OFDM xxviii
Hình 2.6: Chùm tín hiệu M_QAM xxxii
Hình 2.7: Tiền tố lặp (CP) trong OFDM xxxvii
Hình 2.8: Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường.
xxxvii
Hình 2.9: Tín hiệu Pilot trong miền thời gian và tần số xxxix
Hình 2.10: Tín hiệu pilot trong miền tần số xl
Hình 3.1: Mô hình một hệ thống MIMO tiêu biểu 45
Hình 3.2: Mô hình phân tập không gian 48
Hình 3.3: Mô hình bộ tổ hợp kiểu lựa chọn 50
Hình 3.4: Bộ tổ hợp kiểu quét 50
Hình 3.5: Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại 51
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
DANH MỤC HÌNH VẼ.
Hình 3.6: Phương pháp tỉ số cực đại với 1Tx và 2Rx 52
Hình 3.7: Sơ đồ mã hoá Alamouti 55
Hình 3.8: Sơ đồ giải mã của hệ thống STBC 57

Chương 2: Kỹ thuật OFDM.
Chương 3: Kỹ thuật MIMO.
Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM.
Chương 5: Mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM và đánh giá chất lượng hệ thống.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
Để đánh giá chất lượng của các hệ thống, trong đồ án đã đi sâu phân tích
từng thành phần của các kỹ thuật, tổng hợp các lí thuyết và các bài báo cáo khoa
học về đề tài liên quan. Sau cùng là thực hiện mô phỏng với các thông số về hệ
thống, môi trường truyền gần thực tế nhất để kiểm định lại phần lí thuyết cũng như
so sánh chất lượng giữa các hệ thống.
Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không thể
tránh được sai sót, em mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Minh Hưng, người trực tiếp hướng dẫn
em hoàn thành đề tài này.
Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong khoa, anh chị khóa trên, bạn bè đã hỗ
trợ tài liệu, động viên để em thực hiện tốt đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Tống Xuân Nghĩa
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM
VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.
1.1. Giới thiệu.
Chương này giới thiệu khái quát về kỹ thuật MIMO-OFDM và thông tin di
động.
1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động.
1.2.1. Giới thiệu chung.
Thông tin di động thế hệ thứ nhất được phát triển vào những năm cuối thập

mới, đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu, roaming, các yêu cầu về chất lượng cuộc
gọi …đã đòi hỏi các nhà thiết kế phải đưa ra các hệ thống thông tin di động mới.
Trong bối cảnh đó ITU đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệ
thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại
hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để
đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-
2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được
ITU chấp nhận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỉ 2000. Các
hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA. Điều này cho phép thực hiện tiêu
chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
3.
WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. CDMA-2000 sẽ là sự
phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ
CDMA IS-95.
Nhưng không dễ để phát triển từ thế hệ hai sang thế hệ ba do các vấn đề kỹ
thuật giữa hai thế hệ có những điểm khác nhau. Thế giới có xu hướng quá độ lên thế
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
hệ 2.5 trước khi triển khai thế hệ 3. Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ
liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu người sử dụng, số liệu chuyển mạch
kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng và số liệu 144 Kbps.
Thông tin di động thế hệ thứ ba là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ
truyền thông cá nhân đa phương tiện. Một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ 3:
• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện.
Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến
2Mbps.
• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu. Điều
này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau.

đảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro.
Những khó khăn trên sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật MIMO_OFDM.Trong
đồ án này sẽ tập trung trình bày kỹ thuật này.
1.3. Môi trường vô tuyến trong thông tin di động.
Trong một kênh vô tuyến lý tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín
hiệu đến trực tiếp và sẽ là bản thu được hoàn hảo của tín hiệu khác. Tuy nhiên,
trong một kênh thực tế, tín hiệu bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệu
nhận được sẽ là sự tổng hợp của các thành phần bị suy giảm, thành phần phản xạ,
khúc xạ, nhiễu xạ của tín hiệu khác. Quan trọng nhất là kênh truyền sẽ cộng nhiễu
vào tín hiệu và có thể gây ra sự dịch tần số sóng mang nếu máy phát hoặc thu di
chuyển (hiệu ứng Doppler). Chất lượng của hệ thống vô tuyến phụ thuộc vào các
đặc tính kênh truyền. Do đó, hiểu biết về các ảnh hưởng của kênh truyền lên tín
hiệu là vấn đề rất quan trọng.
Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy
phát và máy thu. Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại
nhiễu như: nhiễu Gauss trắng cộng, Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài và nhiễu
giao thoa là rất lớn. Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường và chịu
ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số.
Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật có
chiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ. Phản xạ xuất hiện từ mặt đất,
các tòa cao ốc…
Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bị
một bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắp nơi.
Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học của
vật thể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ. Mặc dù cường
độ trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối), cường độ nhiễu xạ
cũng có và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích.

r
P r e r
σ
σ
−
= ≥
(1.1)
2
σ
là phương sai
Và phân bố của
θ
là:
1
( ) ,0 2
2
p
θ θ π
π
= ≤ <
(1.2)
Hình 1.1: Hàm pdf theo phân bố Rayleigh.
1.3.1.2. Mô hình fading Rician.
Nếu trong số những thành phần của tín hiệu nhận được có một đường trội
như đường truyền trực tuyến các thành phần đồng pha và vuông pha không còn có
trung bình không dù phương sai của chúng vẫn giống nhau. Khi đó hàm pdf của tín
hiệu nhận được có phân bố Rician:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
2 2

khác:
2
2
2
A
K
σ
=
(1.4)
Nếu không có thành phần trội A=0, I
0
= 1, hàm pdf Rician suy giảm thành
hàm pdf Rayleigh. Khi A khá lớn so với
σ
, phân bố là xấp xỉ Gaussian. Vì vậy có
thể nói kênh fading Rician là trường hợp chung nhất.
Thành phần trội thường làm giảm đáng kể độ sâu fading. Về mặt BER fading
Rician có chất lượng cao hơn fading Rayleigh.
Hình 1.2: Hàm pdf Rician với những giá trị khác nhau của K.
1.3.1.3. Thống kê của fading.
a) Fast fading.
Tín hiệu băng tần gốc thay đổi nhanh như thế nào so với tốc độ thay đổi của
kênh sẽ quyết định một kênh là slow fading hay fast fading. Trong một kênh fast
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
fading, đáp ứng xung của kênh thay đổi nhanh trong một chu kì symbol. Và thường
do phản xạ nhiều tia của sóng truyền, do các vật thể tán xạ như nhà cửa hoặc rừng
cây…Người ta thường xét fading trong từng 1/2 bước sóng. Hình bao của tín hiệu
nhận được có fast fading thường theo phân bố Rayleigh hoặc Rician.
Hai thông số quan trọng của fast fading là tốc độ vượt mức và thời gian

Công suất thu được sau khi truyền tín hiệu qua một khoảng cách R:
2
4






=
R
GGPP
RTTR
π
λ
(1.5)
P
R
: Công suất tín hiệu thu được (W).
P
T
:

Công suất phát (W).
G
R
: Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng).
G
p
: Độ lợi anten phát.

λ
π
(1.6)
Gọi L
pt
là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:
L
pt
(dB)=P
T
(dB) - P
R
(dB)
=-10logG
T
-10log10G
R
+20logf+20logR-47.6dB (1.7)
Nói chung truyền dẫn trong không gian tự do rất đơn giản, chúng ta có thể
xây dựng mô hình chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liên lạc
trực tiếp (không bị vật cản) như các tuyến liên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm
vi ngắn. Tuy nhiên, cho hầu hết các tuyến thông tin trên mặt đất như thông tin di
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
động, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫn phức tạp hơn nhiều do đó việc
tạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn. Ví dụ đối với những kênh truyền dẫn vô
tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian tự do không được thỏa, chúng
ta có công thức tính suy hao đường truyền như sau:
RhhGGL
MSBSRTpl

LỜI NÓI ĐẦU.
Như vậy tín hiệu khi truyền qua kênh truyền AWGN phải thêm vào một tín
hiệu ngẫu nhiên không mong muốn phân bố theo hàm Gauss:
2
2
( )
2
1
( )
2
x
p x
e
µ
σ
σ π
−
−
=
(1.9)
1.3.5. Hiện tượng Doppler.
Hình 1.3: Mô hình hiện tượng Doppler.
Khi đầu phát và đầu thu chuyển động tương đối so với nhau, tần số sóng
mang nhận bao giờ cũng khác tần số sóng mang truyền f
C
. Xét trường hợp khi MS
di chuyển với vận tốc không đổi v với góc
θ
so với tín hiệu đến. Tín hiệu nhận
được là:

D
(1.12)
Dịch Dopper cực đại:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.

S
Di động
v
X
Y
lV
θ
θ
LỜI NÓI ĐẦU.
f
m
=
c
vf
c
(1.13)
Tần số dịch Doppler có thể dương hoặc âm tùy thuộc vào đầu thu di chuyển
về phía đầu phát hay đi cách xa đầu phát. Trong môi trường thực tế, tín hiệu đến
theo các đường phản xạ khác nhau với khoảng cách và góc đến khác nhau. Xét một
sóng phát dạng sin, thay vì là một độ dịch Doppler đơn giản ta nhận được đoạn phổ
trải rộng từ
(1 / )
c
f v c−
đến

τ π τ π τ
=
(1.15)
J
0
là hàm Bessel bậc không.
Dịch Doppler có thể gây ra các vấn đề quan trọng nếu kỹ thuật truyền dẫn
nhạy cảm với lệch tần số sóng mang chẳng hạn như kỹ thuật OFDM.
1.4. Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM.
Với sự phát triển dịch vụ di động, ngày càng yêu cầu tốc độ cao (băng thông
rộng) và chất lượng thông tin tốt.
Trong đó kỹ thuật OFDM và MIMO đã được sử dụng để đáp ứng yêu cầu
trên. Kỹ thuật MIMO giúp tăng tốc độ dữ liệu và vẫn giữ được độ tin cậy thông tin,
giảm công suất phát. Và kỹ thuật OFDM giúp chống nhiễu, tăng cự li truyền tin
trong môi trường không dây. Kỹ thuật MIMO-OFDM là sự kết hợp của hai kỹ thuật
MIMO và OFDM để tận dụng cả hai ưu điểm của các kỹ thuật, mang lại chất lượng
thông tin trao đổi là tốt nhất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
LỜI NÓI ĐẦU.
1.4.1. Định nghĩa và khái niệm.
OFDM viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing, là kỹ thuật
ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu ban
đầu tốc độ cao thành nhiều dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Mỗi dòng dữ liệu này sẽ
được truyền trên một sóng mang con. Các sóng mang con được điều chế trực giao
với nhau. Sau đó sóng mang con được tổng hợp với nhau và được chuyển lên tần số
cao để truyền đi. Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn. Sau
đó được tách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp. Loại bỏ sóng mang con, chuyển
về các luồng tín hiệu gốc. Cuối cùng được tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu.
MIMO viết tắt của Multi Input Multi Output, là kỹ thuật sử dụng nhiều anten
phát hoặc nhiều anten phát và thu nhằm đạt được độ tin cậy của tín hiệu truyền dẫn