MỤC LỤC
MỤC LỤC i

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi
AWGN xii
Additive White Gaussian Noise xii
Tạp âm Gauss cộng trắng xii
BER xii
Bit Error Rate xii
Tỉ lệ lỗi bít xii
BPSK xii
Binary Phase Shift Keying xii
Khóa dịch pha nhị phân xii
BS xii
Base Station xii
Trạm gốc xii
CCI xii
Co-Channel Interference xii
CDMA xii
Code Division Multiple Access xii
Đa truy nhập phân chia theo mã xii
CF xii
Cost Function xii
Hàm chi phí xii
DEMUX xii
Demultiplexing xii
Bộ phân kênh xii
DPSK xii
Differential DPSK xii
i
Điều chế PSK vi sai xii

Trạm di động xii
OSTBC xii
Orthogonal Space time block coding xii
Mã không gian thời gian trực giao xii
PDF xii
Power Density Function xii
Hàm mật độ xác suất xii
PIC xii
Parallenl Interference xii
Triệt nhiễu song song xii
PSK xii
Phase shift key xii
Khóa dịch pha xii
QPSK xii
Quaternary phase shift keying xii
Khóa dịch pha vuông góc xii
RX xii
Receiver xii
Máy thu xii
SC xii
Selection Combining xii
Kết hợp chọn lọc xii
SDM xii
Spatial Division Multiplexing xii
Phân kênh theo không gian xii
SIMO xii
Single Input Multiple Output xii
Một đầu vào đa đầu ra xii
SINR xii
Signal to Interference plus Noise Ratio xii

Zero-Forcing xiii
iv
Cưỡng bức bằng không xiii
DANH MỤC HÌNH VẼ xiv
STT xv
Tên hình xv
Trang xv
Hình 1.1 xv
Hàm mật độ xác suất của phân bố Gauss chuẩn xv
4 xv
Hình 1.2 xv
Mật độ phổ công suất tạp âm trắng xv
5 xv
Hình 1.3 xv
Hàm tự tương quan xv
6 xv
Hình 1.4 xv
Mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN xv
6 xv
Hình 1.5 xv
Kết quả mô phỏng phẩm chất BPSK trên kênh AWGN xv
7 xv
Hình 1.6 xv
Mô hình truyền dẫn đa đường xv
8 xv
Hình 1.7 xv
Mô tả sự di chuyển của MS so với BS xv
9 xv
Hình 1.8 xv
Mật độ phổ của tín hiệu thu xv

Sơ đồ máy phát mã khối STBC Alamouti với 2 anten phát và 1 anten thu xv
22 xv
Hình 2.9 xv
vi
Bảng mã hóa xv
23 xv
Hình 2.10 xv
Sơ đồ Alamouti STBC với 2 anten phát và 2 anten thu xv
24 xv
Hình 2.11 xv
Phẩm chất BER của các hệ thống Alamouti STBC so với các hệ thống MRC xv
27 xv
Hình 2.12 xv
Mô hình kênh MIMO vô tuyến xv
28 xv
Hình 2.13 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền SISO xv
30 xv
Hình 2.14 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền MISO xv
30 xv
Hình 2.15 xv
Mô hình tương đương của kênh truyền SIMO xv
31 xv
Hình 2.16 xv
Dung lượng kênh truyền MIMO pha-đinh Rayleigh xv
35 xv
Hình 2.17 xv
Phương pháp phân kênh theo không gian xv
36 xv

So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với ba anten
phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi
72 xvi
Hình 3.10 xvi
viii
So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho tín hiệu BPSK với bốn
anten phát và một anten thu trên kênh fading Rayleigh xvi
72 xvi
LỜI NÓI ĐẦU 1
Một trong các kết quả nghiên cứu nổi bật là việc ứng dụng đa anten trong
các máy thu phát nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền và cải tiến chất lượng
truyền dẫn tín hiệu. Việc sử dụng đa anten ở các máy thu phát mở ra một
phương pháp truyền dẫn tín hiệu mới là phương pháp truyền dẫn không gian-
thời gian, tín hiệu truyền qua các anten được mã hoá trên cả hai miền thời gian
và không gian. Nhờ các phương pháp xử lý thích hợp ở máy thu cho phép thu
được độ lợi phân tập không gian tỉ lệ với số lượng anten sử dụng, và vì vậy,
giảm thiểu sai số truyền dẫn. Một ví dụ điển hình về truyền dẫn không gian-thời
gian là các hệ thống thông tin đa đầu vào-đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input
Multiple-Output) và các hệ thống mã không gian-thời gian (STC: Space-Time
Codes) 1
Trong hệ thống mã không gian thời gian, một yêu cầu đặt ra là: máy thu phải
biết trước được thông tin trạng thái kênh, để từ đó có thể ước lượng, giải mã tín
hiệu phát. Trong một số trường hợp, như truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, rất khó
có thể ước lượng chính xác thông tin trạng thái kênh. Một kỹ thuật mới được
đưa ra là: Mã hóa không gian thời gian vi sai. Nhờ kỹ thuật này, máy thu vẫn có
thể giải mã được tín hiệu phát mà không cần biết thông tin trạng thái kênh 1
Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai” em chọn cho
đồ án tốt nghiệp, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu một kỹ thuật mã hóa, áp
dụng cho các thiết bị vô tuyến số nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn 1
Nội dung đồ án gồm 3 chương: 1

Đa truy nhập phân chia theo
tần số
ISC Information Status Channel Thông tin trạng thái kênh
LS Least Square Bình phương nhỏ nhất
MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra
MLD Maximum Likelihood Detector Tách sóng hợp lệ tối đa
MMSE Minimum Mean Square Error Sai số trung bình bình
phương tối thiểu
MRC Maximal-Ratio Combining Kết hợp tỉ lệ tối đa
MUX Multiplexing Bộ ghép kênh
MS Mobile Station Trạm di động
OSTBC Orthogonal Space time block
coding
Mã không gian thời gian
trực giao.
PDF Power Density Function Hàm mật độ xác suất
PIC Parallenl Interference Triệt nhiễu song song
PSK Phase shift key Khóa dịch pha
QPSK Quaternary phase shift keying Khóa dịch pha vuông góc.
R
X
Receiver Máy thu
SC Selection Combining Kết hợp chọn lọc
SDM Spatial Division Multiplexing Phân kênh theo không gian
SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào đa đầu ra
SINR Signal to Interference plus Noise
Ratio
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
cộng với nhiễu
SISO Single Input Single Output Một đầu vào một đầu ra

Hình 1.9 Đáp ứng xung của một bộ lọc FIR 11
Hình 1.10
Hàm phân bố Rayleigh với
2
1
s
=
13
Hình 2.1 Phương pháp kết hợp chọn lọc 16
Hình 2.2 Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp
kết hợp phân tập chọn lọc.
16
Hình 2.3 Phương pháp kết hợp tỷ lệ tối đa 17
Hình 2.4 Phân phối xác suất (PDF) của SNR cho phương pháp
kết hợp tỷ lệ tối đa
18
Hình 2.5 Độ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân
tập.
19
Hình 2.6 Sơ đồ phân tập phát MRT có N nhánh phân tập với
các đường phản hồi
21
Hình 2.7 Sơ đồ phân tập phát giữ chậm với N nhánh phân tập 21
Hình 2.8 Sơ đồ máy phát mã khối STBC Alamouti với 2 anten
phát và 1 anten thu
22
Hình 2.9 Bảng mã hóa 23
Hình 2.10 Sơ đồ Alamouti STBC với 2 anten phát và 2 anten thu 24
Hình 2.11 Phẩm chất BER của các hệ thống Alamouti STBC so
với các hệ thống MRC

kênh fading Rayleigh.
72
Hình 3.10 So sánh hiệu quả của mã STBC vi sai và kết hợp cho
tín hiệu BPSK với bốn anten phát và một anten thu
trên kênh fading Rayleigh.
72
xvi
LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỷ hai mươi vừa qua đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc về công nghệ
thông tin vô tuyến, nó mở ra các hướng đi mới cho nghiên cứu và hoàn thiện
công nghệ trong lĩnh vực này.
Một trong các kết quả nghiên cứu nổi bật là việc ứng dụng đa anten trong
các máy thu phát nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền và cải tiến chất lượng
truyền dẫn tín hiệu. Việc sử dụng đa anten ở các máy thu phát mở ra một
phương pháp truyền dẫn tín hiệu mới là phương pháp truyền dẫn không gian-
thời gian, tín hiệu truyền qua các anten được mã hoá trên cả hai miền thời gian
và không gian. Nhờ các phương pháp xử lý thích hợp ở máy thu cho phép thu
được độ lợi phân tập không gian tỉ lệ với số lượng anten sử dụng, và vì vậy,
giảm thiểu sai số truyền dẫn. Một ví dụ điển hình về truyền dẫn không gian-thời
gian là các hệ thống thông tin đa đầu vào-đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input
Multiple-Output) và các hệ thống mã không gian-thời gian (STC: Space-Time
Codes).
Trong hệ thống mã không gian thời gian, một yêu cầu đặt ra là: máy thu phải
biết trước được thông tin trạng thái kênh, để từ đó có thể ước lượng, giải mã tín
hiệu phát. Trong một số trường hợp, như truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, rất khó
có thể ước lượng chính xác thông tin trạng thái kênh. Một kỹ thuật mới được
đưa ra là: Mã hóa không gian thời gian vi sai. Nhờ kỹ thuật này, máy thu vẫn có
thể giải mã được tín hiệu phát mà không cần biết thông tin trạng thái kênh.
Đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mã khối không gian thời gian vi sai” em chọn
cho đồ án tốt nghiệp, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu một kỹ thuật mã hóa, áp

Mô tả toán học chính xác các hiện tượng này hiện chưa có hoặc là quá phức tạp
đối với các hệ thống thông tin. Vì thế, mọi cố gắng đều dành để mô hình thống
kê và mô tả đặc tính các hiệu ứng khác nhau này. Kết quả là ta có một loạt các
mô hình thống kê tương đối đơn giản và khá chính xác cho các kênh pha-đinh
mà chúng phụ thuộc vào môi trường truyền riêng biệt và các tình huống liên lạc
quan trọng.
1.2 Kênh tạp âm AWGN
1.2.1 Tập âm AWGN
Thuật ngữ tạp âm (noise) mô tả các tín hiệu điện không mong muốn xuất
hiện trong hệ thống. Sự xuất hiện tạp âm làm giảm khả năng tách chính xác các
tín hiệu phát và, vì vậy, làm giảm tốc độ truyền dẫn thông tin. Tập âm được tạo
ra từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng có thể phân loại thành hai nguồn chính là
nhân tạo và tự nhiên. Nguồn tạp âm nhân tạo xuất hiện từ các nguồn đánh lửa,
chuyển mạch hay các phát xạ điện từ. Tạp âm tự nhiên gồm tạp âm xuất hiện
trong các mạch hay linh kiện điện tử, xáo động khí quyển hay các nguồn từ vũ
trụ.
Thiết kế tốt các mạch điện, thiết bị hay hệ thống cho phép loại bỏ hoặc giảm nhỏ
đáng kể ảnh hưởng của các tạp ậm bằng cách nối đất, chọn vị trí đặt thiết bị hay
sử dụng các phương pháp lọc. Tuy nhiên, có một nguồn tạp âm tự nhiên không
3
thể loại bỏ là tạp âm nhiệt. Tạp âm nhiệt xuất hiện do chuyển động nhiệt của các
điện tử trong tất cả các linh kiện điện tử như điện trở, dây dẫn hay các phần tử
dẫn điện khác. Sự chuyển động ngẫu nhiên và độc lập của vô hạn các điện tử tạo
nên các đặc tính thống kê Gauss theo định lý giới hạn trung tâm (central limit
theorem). Vì vậy, tạp âm nhiệt có thể mô tả như một quá trình ngẫu nhiên Gauss
có giá trị trung bình bằng không (zero mean).
Hàm mật độ xác suất (PDF) của một quá trình ngẫu nhiên Gauss
( )n t
được biểu
diễn như sau

s
bằng trung bình bình phương của
n
, tức là,
2 2
{ ( )}E n t
s
=
.
4
1.2.2 Phổ công suất của tạp âm trắng có băng tần giới hạn
Tạp âm trắng: về mặt lý thuyết thì tạp âm trắng có băng tần vô hạn và một đặc
tính quan trọng là mật độ phổ tần số của nó như nhau ở mọi tần số. Tức là nó là
nguồn tạp âm phát ra một lượng công suất như nhau trên một đơn vị băng tần tại
tất cả các tần số bằng
[ ]
W/ Hz | |
2
( )
0 | |
o
g
n
g
N
f f
G f
f f
ì
ï

j f
n n
No
R F f G f e df
p t
t d t
¥
-
- ¥
= = =
ò
(1.3)
Do tạp âm nhiệt được cộng với tín hiệu nên nó còn được gọi là tạp âm cộng
(additive noise). Tổng hợp các đặc tính của tạp âm nhiệt nói trên có thể tóm tắt
lại rằng tạp âm nhiệt trong các hệ thống thông tin là tạp âm Gauss trắng cộng
(AWGN: Additive White Gaussian Noise). Mật độ phổ công suất và hàm tự
tương quan của tạp âm trắng được thể hiện như trong Hình 1.2 và 1.3.
5
Hình 1.3: Hàm tự tương quan
1.2.3 Mô hình truyền dẫn qua kênh AWGN
Hình 1.4 biểu diễn một mô hình truyền dẫn tín hiệu BPSK trên kênh AWGN.
Chuỗi tín hiệu phát
k
s
được tạo ra và phát trên kênh AWGN. Do ảnh hưởng của
tạp âm, tín hiệu thu được
k
y
ở đầu thu là tổng của tín hiệu phát với tạp âm
k

Đáp ứng xung của kênh (Channel impulse channel): là một dãy xung thu được
ở máy thu khi máy phát phát đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac
( )t
d
1
( ) ( )
N
k k
k
h a
t d t t
=
= -
å
(1.4)
với
( )t
d
là xung Dirac được định nghĩa như sau:
0 0
( )
( ) 1; 0
t
t
t dt t
d
d
¥
- ¥
¹

8
Hàm truyền đạt của kênh: được định nghĩa là phép biến đổi Fourier của đáp
ứng xung, do vậy ta có:
1
( ) { ( )}
( ) ( )
k
N
j
j
k
k
H j F h
H j h e d a e
wt
wt
w t
w t t
¥
-
=
- ¥
=
= =
å
ò
(1.6)
1.3.3 Kênh phụ thuộc thời gian
Sự dịch chuyển tương đối giữa máy phát và máy thu gây ra hiệu ứng Doppler và
hiện tượng phụ thuộc vào thời gian của kênh. Kênh phự thuộc thời gian (kênh

H j t h t e d a e
wt p f
w t t
¥
+
=
- ¥
= =
å
ò
(1.8)
Hiệu ứng Doppler: Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa
máy phát và máy thu. Bản chất của hiện tượng này là phổ tín hiệu bị xê dịch đi
so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.

Hình 1.7: Mô tả sự di chuyển của MS so với BS
9