Lời cam đoan
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ
án hoặc công trình đã có từ trước.
LANGTUDONCOI
MỤC LỤC
1.3.1 Kỹ thuật phân tập 10
Chương 3: Hệ Thống MIMO
27
3.1 Giới Thiệu chương 27
3.2 Hệ thống MIMO 27
3.2.2 Dung lượng hệ thống MIMO 29
3.3 Mã Hóa Không Gian-Thời Gian STC 30
3.3.1 Mã hóa không gian thời-gian khối STBC 30
3.3.2 Mã hóa không gian-thời gian lới STTC 35
3.4 Mã hóa không gian-thời gian lớp BLAST 36
3.4.1 Kiến trúc V-BLAST 36
3.4.2 Giải mã tín hiệu V-Blast 37
Chương 4: Hệ thống MIMO-OFDM
41
4.1 Giới Thiệu 41
4.2 Hệ thống MIMO-OFDM 41
4.2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 41
4.2.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti 43
LANGTUDONCOI
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Danh sách từ viết tắt
A/D Analog to Digital
AWGN Additive White Gaussian Noise
BER Bit Error Rate
BLAST Bell-Laboratories Layered Space-Time Code
BPSK Binary Phase Shift Keying

SISO Single Input Single Output
S/P Serial to Parallel
SC Single Carrier Communication
STBC Space-Time Block Code
V-BLAST Vertical-Bell-Laboratories Layered Space-Time
ZF Zero-Forcing
LANGTUDONCOI
MỞ ĐẦU
Mở đầu
Trong những năm gần đây, kỹ thuật viễn thông ngày càng phát triển và đặc biệt là
thông tin vô tuyến ngày càng quan trọng đối với cuộc sống hiện đại ngày nay.
Tuy nhiên, việc truyền thông tin trong môi trường vô tuyến lại chịu tác động rất
nhiều từ môi trường, cùng với việc hạn chế về băng thông và công suất.
Vì vậy để hạn chế các tác động của môi trường, cùng với khả năng sử dụng tài
nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả. Người ta đã ứng dụng các kỹ thuật ghép
kênh tiên tiến như là TDM,FDM,CDM…, kết hợp với các phương pháp khác nhau
để cải thiện chất lượng của kênh truyền vô tuyến như dùng các mã tối ưu, anten
thông minh, phân tập
Một trong những kỹthuật tiên tiến, có hiệu quả và được ứng dụng nhiều trong thực
tế là hệ thống MIMO. Việc sử dụng các kỹ thuật trong hệ thống MIMO sẽ cải thiện
chất lượng của kênh truyền một cách đáng kể, và có thể nâng cao dung lượng của
hệ thống thông tin làm cho tốc độ truyền dẫn cao hơn.
Đồng thời, để sử dụng kênh truyền có hiệu quả hơn, người ta đã sử dụng một kỹ
thuật ghép kênh có nhiều ưu điểm vượt trội là kỹ thuật OFDM. Với công nghệ
OFDM ta có thể truyền tín hiệu với tốc độ cao, việc sử dụng băng thông một cách
tối ưu hơn, có khả năng chống một số loại nhiễu .
Vì vậy mục đích của đề tài là giới thiệu và tìm hiểu về hệ thống MIMO-OFDM,
Cùng với việc xây dựng lưu đồ thuật toán, mô phỏng và phân tích các vấn đề được
nêu ra trong lý thuyết.
Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương như sau:





=
R
GGPP
RTTR
π
λ
( 1.1 )
Trong đó : P
T
,P
R
là công suất phát,thu được (Watts).
G
T
là độ lợi của anten phát, G
R
là độ lợi của anten thu.
λ là bước sóng của sóng mang vô tuyến (m).
R là khoảng cách truyền dẫn tính bằng mét.
Gọi L
pt
là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:
L
pt
(dB)=10log
10

và do vậy nó cũng phải có công suất vô hạn. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta chỉ
cần tạo ra nhiễu trắng trong khoảng băng tần của hệ thống chúng ta đang xem xét.
Lưu ý rằng nhiễu Gaussian là nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian.

Hình 1.2 Nhiễu trắng
-Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
Hình 1.3 Nhiễu liên kí tự
Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu
phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là điều
không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu
khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian
truyền một ký tự lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ
(guard interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai
ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.
-Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)
ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang. Trong hệ thống
OFDM, ICI còn được gọi là nhiễu giao thoa giữa các sóng mang con, là hiện tượng
năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm phá vỡ
tính trực giao của các sóng mang con. ICI xảy ra do tính chọn lọc tần số của kênh
pha đinh, nguyên nhân chính là hiện tượng dịch Doppler do tính di động của máy
thu. Có thể hạn chế ICI bằng cách chèn khoảng bảo vệ một cách tuần hoàn, dùng
bộ cân bằng kênh được hỗ trợ bởi hoa tiêu (PSAM).
Hình 1.4 Nhiễu ICI trong OFDM
1.2.4 Fading
Tín hiệu được phát đi qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non,
cây cối … bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ… các hiện tượng này được gọi chung là
fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín

Hình 1.5 Hiện tượng fading
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
1.3 Các phương pháp tối ưu kênh truyền
1.3.1 Kỹ thuật phân tập
Trong thông tin vô tuyến, kỹ thuật phân tập được sử dụng rộng rãi cải thiện chất
lượng của kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát hoặc tăng băng tần
cần thiết. Ý tưởng cơ bản của phân tập là nếu nơi thu nhận hai hay nhiều bản sao
của tín hiệu một cách độc lập thì những mẫu này bị suy giảm cũng độc lập với nhau.
Điều này có nghĩa là khi một đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm thì đường tín hiệu
khác có thể không bị suy giảm. Vì vậy, sự kết hợp hợp lý của các bản sao khác nhau
sẽ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện chất lượng của đường truyền.
- Phân tập không gian
Phân tập không gian sử dụng nhiều anten được sắp xếp trong không gian tại phía
phát hoặc phía thu. Trong phân tập không gian, các phiên bản của tín hiệu phát
được truyền đến nơi thu trên các anten khác nhau trong miền không gian.
Hình1.6 Các phương pháp phân tập
Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten mà người ta chia phân tập không gian
thành 3 loại: phân tập anten phát ( hệ thống MISO), phân tập anten thu ( hệ thống
SIMO), phân tập anten phát và thu (hệ thống MIMO). Trong phân tập anten thu,
nhiều anten được sử dụng ở nơi thu để nhận các phiên bản của tín hiệu phát một
cách độc lập. Các phiên bản của tín hiệu phát được kết hợp một cách hoàn hảo để
tăng SNR của tín hiệu thu và làm giảm bớt fading đa đường. Trong hệ thống thực
tế, để đạt được BER của hệ thống theo yêu cầu, ta có kết hợp hai hay nhiều hệ thống
phân tập để có một hệ thống phân tập tốt hơn như phân tập theo không gian thời
gian(STC), phân tập theo không gian tần số (SFC)
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
-Phân tâp tần số
Phân tập theo tần số là kỹthuật thu hoặc phát tín hiệu trên hai kênh (hoặc nhiều hơn

-Ghép kênh theo mã CDM
Trong kỹ thuật CDM ( Code Division Mutiplexing) tất cả các kênh sẽ sử dụng
đồng thời một băng thông và khoảng thời gian, bằng cách sử dụng tập mã trực giao.
Mỗi kênh sẽ được gán một mã nhất định. Dữ liệu của các kênh trước khi phát đi sẽ
được nhân với một mã trải phổ để giãn phổ tín hiệu ra toàn băng thông, ở phía thu
dữ liệu sẽ được khôi phục bằng cách nhân lại với mã trải phổ tương ứng.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
Hình 1.10 Ghép kênh theo từ mã CDM
-Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghép kênh
ra đời khá lâu, tương tự kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM, một băng thông lớn sẽ
được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn. Trong FDM giữa các băng thông nhỏ
này phải có một khoảng tần bảo vệ, điều này dẫn tới lãng phí băng thông vô ích do
các dãi bảo vệ này hoàn toàn không chứa đựng tin tức. OFDM ra đời đã giải quyết
vấn đề này, bằng các sử dụng tập tần số trực giao các băng thông nhỏ này có thể
chộng lấn lên nhau , do đó nó sử dụng hiệu quả và tiết kiêm băng thông hơn FDM.
Hình 1.11 Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
1.4 Kết luận chương
Đây là chương giúp ta hiểu thêm về các vấn đề của một kênh truyền vô tuyến
thường gặp đó là các loại nhiễu, fading, hạn chế băng thông
Từ đó giúp ta hiểu thêm các phương pháp ghép kênh để sử dụng kênh truyền có
hiệu quả hơn, cùng với việc phân tập để nâng cao chất lượng của kênh truyên vô
tuyến tốt hơn. Trong đó một phương pháp ghép kênh có hiệu quả đã và đang ngày
càng được sử dụng rộng rãi ngày nay là kỹthuật OFDM, cùng với hệ thống MIMO.
Chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về nó ở các chương sau.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
2.1 Giới thiệu chương

Hình 2.3 Các sóng mang con
Việc giải mã tín hiệu sóng mang dựa vào việc máy thu sẽ dịch tần mỗi sóng mang
xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu kỳ của symbol để
phục hồi dữ liệu gốc. Nếu mọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích phân của sóng
mang này (trong một chu kỳ τ, kết quả tính tích phân các sóng mang khác sẽ là
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
zero). Tính trực giao của các sóng mang con còn thể hiện ở chỗ: tại mỗi đỉnh của
một sóng mang con bất kỳ trong nhóm thì các sóng mang con khác bằng 0.
Hình 2.4 Phổ các sóng trực giao
2.3 Kỹ thuật OFDM

Hình 2.5 Sơ đồ khối của kỹthuật OFDM
2.3.1 Khối S/P (Serial to Parallel ) và P/S (Parallel to Serial )
Khối S/P có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít nối tiếp đầu vào thành các luồng bít
song song. Các luồng bít song song phụ thuộc số sóng mang con và phương pháp
điều chế mà được phân bố vào các kí hiệu một cách hợp lý. Tuy nhiên để tránh hiện
tượng lỗi chùm do nhiễu tác động người ta phân bổ luồng tín hiệu một cách ngẫu
nhiên lên các sóng mang.
LANGTUDONCOI
f
Duration T
S
1/T
S
f
0
f
2
f

2 QPSK
1±
4 16QAM
1±
,
3
±
8 64QAM
1±
,
3
±
,
5
±
,
7
±
Bảng 2.1: Dạng điều chế
+ Điều chế
Trong OFDM người ta thường sử dụng BPSK,QPSK,4QAM,16QAM,64QAM
cho việc điều chế tín hiệu.
Điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying) điều chế pha nhị phân, là kỹ thuật
điều chế tín hiệu số với bit 0 tương ứng với tín hiệu sóng có pha = -90° và bit 1
tương ứng sóng mang có pha = 90° (hoặc ngược lại).

Hình 2.8 Điều chế PSK
QPSK (Quadature Phase Shift Keying) là là 1 kỹ thuật điều chế tín hiệu số, mã hóa
2 bit thành 1 symbols.
Hình 2.9: Điều chế QPSK

-Phương pháp tiến hành
Chuổi dữ liệu sau khi ra khỏi khối Signal Mapper được đưa vào IFFT
∑
−
=
=
1
0
2
).(
1
)(
N
k
kn
N
j
ekX
N
nx
π
(2.1)
Ta thấy chúng có tính chất trực giao nhau
Ở bộ thu sử dụng FFT để chuyển tín hiệu từ miền thời gian qua miền thần số tương
ứng. Tín hiệu được biểu diễn dưới dạng tần số thông qua biên độ và pha để đưa vào
khối Signal Demapper
Ta có công thức tổng quát biến đổi IDFT và DFT của N điểm :
Biến đổi IDFT:
∑
−

Hình 2.12 Bộ điều chế OFDM
LANGTUDONCOI
G
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
2.3.5 Khối chèn bảo vệ
Giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là T
S
. Chuỗi bảo vệ hay còn gọi tiền
tố lặp CP (Cyclic Prefix)là mộtchuỗi tín hiệu có độ dài là
G
T
ở phía sau sao chép
lên phần phía trước của tín hiệu này. Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu
ISI gây ra bởi hiệu ứng đa đường.
Hình 2.13 Chèn chuỗi bảo vệ
Ở tuyến đầu tiên ta nhận thấy mẫu tín hiệu thứ (k-1) không chồng lấn lên mẫu tín
hiệu thứ k. Điều này là do ta giả sử rằng tuyến đầu tiên không có trễ truyền dẫn.
Tuy nhiên ở tuyến 2, mẫu tín hiệu thứ (k-1) bị dịch sang mẫu tín hiệu thứ k một
khoảng là Tmax do trễ truyền dẫn. Tương tự như vậy mẫu tín hiệu thứ k bị dịch
sang tín hiệu thứ (k+1) một khoảng cũng là Tmax Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ
là tổng của tín hiệu tất cả các tuyến. Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫn trong
các phương pháp điều chế thông thường sẽ gây ra nhiễu ISI. Tuy nhiên trong
hệ thống OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ sẽ loại bỏ được nhiễu này. Trong
trường hợp
ax
G
T Tm≥
,thì phần bị chồng lấn tín hiệu gây nhiễu ISI chỉ nằm trong
khoảng của chuỗi bảo vệ. Khoảng tín hiệu có ích có độ dài
s

thành các mã phát hiên và sửa lỗi. Sau đó nó sẽ được đưa qua bộ xen kẽ
IL(interleaved) để tránh hiện tượng lỗi chùm. Lúc này chuỗi bit trở thành
[s0,s1,s2….sm].tiếp theo chuỗi bit này sẽ được đưa qua bô S/P và sắp xếp thành các
nhóm tương ứng với các loại điều chế(M-PSK, M-QAM).
Sau khi qua bộ điều chế ta có một chuỗi số phức :
d
K,m
=(d
k,m,0
; d
k,m,1
; d
k,m,2 ;…
d
k,m,Q-1
)
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Hình 2.14 Phổ các sóng mang con
với k: số phức thứ k; m:là số thứ tự khung của OFDM
Q:số bít trong một nhóm phục vụ cho việc điều chế Q=log
2
M
Sau khi được điều chế các tín hiệu sẽ được chèn các kí hiệu pilot và được biến đổi
IFFT để tạo các sóng mang chứa các thông tin của chuỗi số phức đó.
Hình 2.15 Vị trí các sóng mang
Tiếp tục hệ thống sẽ chèn CP sóng mang con bảo vệ.
Hình 2.16 Chèn CP [1]
Giả sử hệ thống OFDM có N sóng mang con như vậy một biểu tượng OFDM
tương ứng là :

∑
+=
−
)/(
,
wmwhxy
bmllmm
[1] ( 2.6 )
Trong đó m, l là thứ tự của khung OFDM và chùm tia fading
h:là hệ số fading.
Wb là nhiễu.
Tại máy thu tách CP ta được:
Với n=0…N-1 [1] [6] ( 2.7 )
Z
n,m
:là nhiễu AWGN(additive white gausian).
Công thức 2.7 có thể được viết dưới dạng ma trận như sau
y
n,m
=h
m,toep
[x
0
x
1
x
N-1
]
T
+z

2

[1]

( 2.10 )
Với H
k,m
là hệ số kênh truyền sau khi FFT đã được ước lượng tại máy thu.
Người ta có thể khôi phục được các kí hiệu điều chế (M-PSK,M-QAM),từ đó ta có
thể khôi phục xen kẽ và khôi phục lại các bit ban đầu.
2.5 Ưu khuyết điểm của OFDM
2.5.1 Ưu điểm
 Khả năng chống nhiễu ISI, ICI nhờ sử dụng tiền tố lặp CP và các sóng mang
phụ trực giao với nhau.
 Hiệu suất sử dụng phổ cao hơn so với FDM do phổ của các sóng mang phụ
có thể chồng phủ lên nhau mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu sau khi tách sóng.
 Có thể truyền dữ liệu tốc độ cao nhờ việc chia băng tần thành các băng tần
con
LANGTUDONCOI

Trích đoạn Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti

---