Lời cam đoan
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công
trình đã có trước đây. Nếu vi phạm điều trên tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật từ
thầy cô và hội đồng bảo vệ.
xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện •
Trang 1
Phân công nhiệm vụ
PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
1.Sinh viên thực hiện:
Lớp : 08DT
• Nhiệm vụ : Code phần MIMO-STBC và thực hiện khảo sát hàm Polynomial
2.Sinh viên thực hiện:
Lớp : 08DT
• Nhiệm vụ : Code phần MIMO-STBC-OFDM và thực hiện khảo sát hàm
Exponential

Trang 2
Mục lục
MỤC LỤC
Trang 3
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT
A .
ADSL Asynchronous Digital Đường dây thuê bao số bất đối
xứng

LAN Local Area Networks Mạng máy tính cục bộ
LTE Long Term Evolution Sự phát triển lâu dài
LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng
M .
MAN Metropolitan Area Networks Mạng đô thị băng rộng
MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa đầu vào-đa đầu ra
MISO Multiple Input single Output Hệ thống đa đầu vào-một đầu ra
MS Mobile Station Trạm di động
ML Maximun Likelihood Khả năng tối đa
Trang 5
Các từ viết tắt
MRC Maximal Ratio Combining Kết hợp tỷ số tối đa
O .
OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số
Multiplexing trực giao
OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần
Multiple Access số trực giao
OLOS Obstructed Line Of sight Tầm nhìn thẳng bị che chắn
S .
SCE Space-Time Encoding Mã hóa không gian-thời gian
SCD Space-Time Decoding Giải mã không gian-thời gian
STC Space-time codes Mã hóa không gian-thời gian
STBC Space Time Block Coding Mã hóa khối không gian-thời gian
STTC Space-Time Trellis Code Mã hóa lưới không gian-thời gian
SIMO Single Input Multiple Output Hệ thống một đầu vào-đa đầu ra
SISO Single Input Single Output Hệ thống một đầu vào-một đầu ra
W .
WiMAX Worldwide Interoperability for Hay còn gọi là Wireless MAN
Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Networks Mạng LAN không dây-Wireless

chổ là thực hiện truyền nhiều bản sao của một chuổi dữ liệu tới nhiều user với hy
Trang 7
Lời nói đầu
vọng là có ít nhất một user trong số đó có thể tồn tại đường dẫn vật lý giữa việc
truyền và nhận trong tình trạng tốt, đủ để cho phép giải mã đáng tin cậy. Ngoài ra
nội dung đồ án trình bày rõ về sự kết hợp 2 kỹ thuật STBC-OFDM vào hệ thống
MIMO, nhằm khai thác triệt để những ưu điểm của 2 kỹ thuật này và hệ thống
MIMO. Sự kết hợp này là rất cần thiết giải quyết vấn đề về fading đa đường, dung
lượng và chất lượng kênh truyền, băng thông hệ thống….
Để thực tế hơn trong đồ án này em đã dùng phần mềm matlab mô phỏng thành công
BER của các hệ thống MISO-STBC, SIMO-MRC, MIMO-STBC, MISO-STBC-
OFDM, SIMO-MRC-OFDM, MIMO-STBC-OFDM. Hơn nữa đó là sự so sánh để
thấy được hệ thống MIMO-STBC-OFDM hiệu quả hơn so với các hệ thống còn lại.
Điểm nổi bật của đồ án này là em đã dùng công cụ curve fitting tools trong matlab
để tìm ra mô hình toán học cụ thể cho các đường tín hiệu trong kết quả mô phỏng
điều đó thuận lợi cho việc tìm hiểu , tính toán các hệ thống này về sau.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng nội dung đồ án này không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn cô Bùi Thị Minh Tú và các thầy
cô trong khoa Điện tử Viễn thông trong thời gian qua đã tận tình giúp đỡ em rất
nhiều và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Trang 8
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT STBC
1.1 Giới thiệu chương.
Chương này sẽ đi tìm hiểu tổng quan về kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian
(space time code STC) trong hệ thống thông tin không dây. Tiếp đến tìm hiểu về kỹ

- Mã hóa khối không gian thời gian STBC (Space-Time Block Code)
- Mã hóa lưới không gian thời gian STTC (Space-Time Trellis Code)
- Mã hóa lớp không gian thời gian BLAST (Bell Laboratories Layered Space-
Time)
Trong các phương pháp mã hóa trên thì phương pháp Mã hóa khối không gian thời
gian STBC (Space-Time Block Code) được áp dụng rộng rãi nhất . STBC cho phép
phân tập đầy đủ và có độ lợi nhỏ tùy thuộc vào tốc độ mã hóa của bộ mã hóa, quá
trình giải mã đơn giản, dựa trên các bộ giải mã tương quan tối đa ML (Maximun
Likelihood).
1.2.1 Kỹ thuật mã hóa alamouti STBC.
Một thuật toán mã hóa không gian-thời gian được đề xuất trong bài báo mang
tính bước ngoặt của ông Siavash M. Alamouti năm 1998 “A Simple Transmit
Diversity Technique for Wireless Communication”, tìm ra một phương pháp đơn
giản để đạt được phân tập không gian với việc dùng 2 anten phát và 1 anten thu, có
thể được xem là điển hình trong hệ thống MISO-STBC.
Trang 10
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC
Hình 1.1: Mã hóa Alamouti STBC với 2 anten phát,1 anten thu
Kỹ thuật Alamouti STBC thực hiện mã hóa một khối các ký tự đầu vào thành một
ma trận đầu ra với các hàng tương ứng các anten phát (không gian) và các cột tương
ứng với thứ tự phát (thời gian).
Thuật toán của Alamouti như sau:
Hình 1.2: Các ký tự phát trong Alamouti STBC
Giả sử ta có một chuổi ký tự phát {x
1
,x
2
,x
3
… ,x

3
và x
4
từ anten thứ 1 và anten thứ 2. Trong khe thời gian thứ 4 phát
*
4
x−
và
*
3
x
từ anten thứ 1 và anten thứ 2, và cứ như vậy cho hết chuổi ký tự .
Mặc dù Alamouti nhóm thành 2 ký tự, chúng ta vẫn cần có 2 khe thời gian để phát 2
ký tự. Do đó, không có sự thay đổi tốc độ dữ liệu, không ảnh hưởng tới băng thông
hệ thống.
1.2.2 Sơ đồ khối mô hình Alamouti STBC
Hình 1.3: Sơ đồ mô hình Alamouti STBC cụ thể
Như trong sơ đồ hình 1.3 trên, bộ mã hóa Space-Time encoder sẽ mã hóa 2 ký tự
đấu vào liên tiếp x
1
và x
2
thành ma trận:

*
1 2
*
2 1
x x
X

(t) cho anten phát thứ 2 :
1
1 0 1 1
( ) ( )
j
h t h t T h e
θ
α
= + = =
(1.2)
2
2 0 2 2
( ) ( )
j
h t h t T h e
θ
α
= + = =

(1.3)
Với α
1
, α
2
và θ
1
, θ
2
là biên độ và pha của kênh truyền từ anten phát thứ nhất và thứ
hai tới anten thu. T là chu kỳ symbol.

là các biến phức độc lập, biểu diễn nhiễu Gauss trắng cộng tương
ứng tại khe thời gian t và t+T.
Trang 13
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC
1.2.3 Phương pháp kết hợp và giải mã ML (Maximum likelihood):
Nếu hệ số kênh truyền fading h
1
và h
2
có thể khôi phục được hoàn toàn tại đầu
thu, bộ giải mã sẽ sử dụng chúng như là thông tin trạng thái kênh truyền (CSI). Giả
sử rằng tất cả các tín hiệu trong chòm sao điều chế có xác suất bằng nhau, bộ giải
mã ML (Maximum Likelihood Decoding) chọn một cặp tín hiệu (
1 2
ˆ ˆ
,x x
) từ chòm
sao điều chế để cực tiểu hóa khoảng cách:

( )
( )
2 2 * *
1 1 1 2 2 2 1 2 2 1
2
2
* *
1 1 1 2 2 2 1 2 2 1
ˆ ˆ ˆ ˆ
, ,
ˆ ˆ ˆ ˆ

ˆ ˆ
( , )x x X∈
với X là nhóm tập hợp tất cả các cặp ký tự có thể đã được
điều chế
1 2
ˆ ˆ
( , )x x
,
1
x
%
và
2
x
%
là hai số liệu thống kê được xây dựng bởi sự kết hợp các
tín hiệu thu được với thông tin trạng thái kênh truyền. Các số liệu thống kê quyết
định được cho bởi :

* *
1 1 1 2 2
* *
2 2 1 1 2
x h r h r
x h r h r
= +
= −
%
%
[3] (1.9)

( )
2 2 2
2
1 1 2 1 1 1
ˆ ˆ ˆ
argmin 1 . ,x h h x d x x= + − +
%
(1.11)
Và

( )
( )
2 2 2
2
2 1 2 2 2 2
ˆ ˆ ˆ
argmin 1 . ,x h h x d x x= + − +
%
(1.12)
Với các chòm sao tín hiệu M-PSK,
( )
2 2 2
1 2
ˆ
. , 1,2
i
h h x i+ =
là không đổi cho
tất cả các điểm tín hiệu, cho các hệ số kênh fading. Do đó, quyết định các quy tắc
trong (1.11) và (1.12) có thể tiếp tục được đơn giản hóa thành :

s
Tt
M
i
tf
T
E
ts ≤≤






−
+=
π
π

i = 1,2,…, M (1.15)
Trong đó:
- E
s
là năng lượng tín hiệu trên symbol.
- f
c
là tần số sóng mang
- T
s
là thời gian symbol

lần
lượt là: 0,
2/
π
,
π
,
3 / 2
π
.
Vậy BPSK có 2 trạng thái phụ thuộc 1 bit vào, QPSK có 4 trạng thái phụ thuộc 2 bit
(Dibit) vào , thể hiện giản đồ chòm sao:
Trang 16
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật STBC
Hình 1.4: Giản đồ chòm sao của điều chế BPSK và QPSK
1.4 Kết luận chương:
Trong chương này chúng ta đã được tìm hiểu tổng quan kỹ thuật mã hóa không
gian thời gian (space time code STC) ,qua đó cho ta thấy được đây là kỹ thuật rất
phổ biến dùng trong các hệ thống phân tập anten. Bên cạnh đó chúng ta còn được
biết rõ về kỹ thuật mã hóa khối không gian thời gian (space time block code STBC)
đây là một phương pháp mã hóa đặc trưng trong kỹ thuật STC. Kỹ thuật STBC
được xem là đơn giản nhưng rất hiệu quả làm giảm ảnh hưởng của fading, tránh hao
phí băng thông, và tăng dung lượng kênh truyền…
Trang 17
Chương 2: Hệ thống MIMO và kỹ thuật STBC trong MIMO
CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG MIMO VÀ KỸ THUẬT STBC TRONG
MIMO
2.1 Giới thiệu chương
Trong chương này chúng ta đi tìm hiểu tổng quan về các kỹ thuật phân tập, hệ
thống MIMO trong thông tin vô tuyến. Chúng ta tìm hiểu sâu kỹ thuật mã hóa khối

cần có nhiều bộ chuyển đổi RF, do đó sẽ mất nhiều năng lượng hơn để xử lý, trong
khi nguồn cung cấp của máy đầu cuối là hạn chế.
Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng tại đầu thu để thu các bản sao độc lập
nhau của tín hiệu truyền. Các bản sao tín hiệu này được kết hợp một cách hợp lý,
làm tăng tỷ số SNR tại đầu thu và hạn chế fading đa đường.
2.2.1 Phân tập thời gian (Time Diversity)
Phân tập thời gian được thực hiện bằng cách truyền nhiều bản tin giống nhau tại
các khe thời gian khác nhau, do đó bộ thu sẽ thu được các tín hiệu không tương
quan về fading. Phân tập thời gian không yêu cầu tăng công suất phát, nhưng nó
làm giảm tốc dộ dữ liệu từ dữ liệu được lặp lại trong các khe thời gian hơn là gửi dữ
liệu mới trong các khe thời gian này.
2.2.2 Phân tập tần số (Frequence Diversity)
Phân tập tần số đạt được bằng cách phát cùng một tín hiệu trên nhiều tần số sóng
mang khác nhau. Các tần số được lựa chọn với dải phân cách đủ lớn để ảnh hưởng
của fading lên các tần số này là độc lập nhau. Tương tự như phân tập thời gian,
phân tập tần số cũng có khái niệm băng thông liên kết (coherence bandwidth). Tuy
nhiên, thông số này sẽ thay đổi tương ứng với các môi trường truyền sóng khác
nhau.
Trang 19
Chương 2: Hệ thống MIMO và kỹ thuật STBC trong MIMO
2.2.3 Phân tập không gian (Space Diversity)
Kỹ thuật phân tập không gian hay còn gọi là phân tập anten (Antenna Diversity)
là kỹ thuật dùng nhiều anten ở đầu thu hoặc đầu phát hoặc cả hai để phát hay thu
cùng một tín hiệu trên đường truyền vô tuyến.
Các anten được phân cách nhau một khoảng cách vật lý để đảm bảo các tín hiệu
không tương quan nhau. Khoảng phân cách yêu cầu sẽ thay đổi theo độ cao anten,
môi trường truyền sóng và tần số thu phát. Thông thường, khoảng phân cách vài
bước sóng là đủ đảm bảo các tín hiệu không tương quan.
Trong phân tập không gian, các bản sao của tín hiệu truyền được cung cấp đến bộ
thu dưới dạng dư thừa trong miền không gian. Không như phân tập thời gian và tần

beamforming hoặc MMRC (Maximal-Ratio Receive Combining). Khi máy thu biết
thông tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit của số anten thu.
Dung lượng của kênh truyền SIMO là :

[ ]
SNRNBC
RSIMO
.1log.
2
+=
(2.2)
2.3.3 Hệ thống MISO
Hệ thống MISO (Multiple Input Single Output) là hệ thống có nhiều anten tại đầu
phát (N
T
anten phát) và chỉ có một anten thu. Hệ thống này có thể cung cấp phân tập
phát thông qua kỹ thuật Alamouti từ đó cải thiện chất lượng tín hiệu hoặc sử dụng
Beamforming để tăng hiệu suất phát và vùng bao phủ. Khi máy phát biết được
thông tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm Log của số anten phát và
có được xác định theo biểu thức sau:
[ ]
SNRNBC
TMISO
.1log.
2
+=

(2.3)
2.3.4 Hệ thống MIMO
MIMO (Multiple Input Multiple Input) là hệ thống sử dụng đa anten tại cả nơi

=≈

(2.4)
Vậy dung lượng của hệ thống MIMO trong trường hợp này là :
[ ]
)/( 1log.
2
HzbpsSNRNNBC
RTMIMO
+=

(2.5)
Do đó, chúng ta có thể thấy rằng dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO là
cao hơn so với dung lượng của hệ thống SIMO và MISO. Nhưng trong trường hợp
này dung lượng tăng ở phía trong hàm log . Điều này có nghĩa là cố gắng tăng tốc
độ dữ liệu bằng cách đơn giản tăng công suất phát là cực kỳ tốn kém.
2.3.4.2 MIMO với tín hiệu khác nhau được phát trên nhiều anten
Ý tưởng lớn trong MIMO đó là chúng ta có thể gửi các tín hiệu khác nhau sử
dụng cùng băng thông và vẫn có thể giải mã chính xác được tại đầu thu. Do đó, nó
giống như việc chúng ta đang tạo ra một kênh truyền cho mỗi bộ phát. Dung lượng
của mỗi kênh truyền này tương đương đương với :

)/(.1log.
2
HzbpsSNR
N
N
BC
T
R

(2.7)
Với N
T
≥ N
R
, dung lượng kênh truyền MIMO là bằng :
[ ]
)/(1log
2
HzbpsSNRBNC
TMIMO
+=
(2.8)
Các mô hình thông tin vô tuyến :
Hình 2.1: Các mô hình thông tin vô tuyến.
2.4 Mô hình hệ thống MIMO
MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một công nghệ truyền thông không
dây, trong đó cả đầu phát lẫn đầu thu tín hiệu đều sử dụng nhiều anten để tối ưu hóa
tốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mất
tín hiệu
Trang 23
Chương 2: Hệ thống MIMO và kỹ thuật STBC trong MIMO
Hệ thống MIMO đa anten gồm có N
T
anten phát và N
R
anten thu có thể được biểu
diễn bằng mô hình như sau:
Hình 2.2: Hệ thống MIMO
Trong hệ thống MIMO, đầu phát sóng sử dụng nhiều anten để truyền sóng theo

hiệu nhận được từ N
T
anten.
T
N
Cn ∈
Biểu diễn nhiễu Gauss trắng.
H là ma trận kênh truyền có kích thước N
T x
N
R
chứa các hệ số phức h
ij
, mỗi hệ h
ij
biểu diễn độ lợi của kênh truyền từ anten phát thứ j đến anten thu thứ i.
2.5 Mô hình hệ thống MIMO-STC
Ở chương 1 chúng ta đã tìm hiểu cơ bản kỹ thuật mã hóa không gian thời gian
STC đây là phương pháp rất phổ biến để cải thiện chất lượng đường truyền trong hệ
thống MIMO. Phần này ta tìm hiểu rõ hơn về kỹ thuật mã hóa STC trong hệ thống
MIMO. Mô hình hệ thống MIMO-STC với N
T
anten phát và N
R
anten thu như sau:
Trang 25
































=



x
x
hhh
hhh
hhh
y
y
y
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
1
2
1
21
22221
11211