Tải miễn phí luận án thạc sĩ cho anh em Ket-noi
Mục lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 1
1.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 1
1.1.1. Lịch sử phát triển .................................................................................... 1
1.1.2. Các đặc điểm cơ bản ............................................................................... 3
1.2. Một số ứng dụng tiêu biểu ............................................................................. 5
1.2.1. Chuẩn 802.11n (WiFi) ............................................................................ 5
1.2.2. Chuẩn 802.16 (WiMAX) ......................................................................... 6
1.2.3. Công nghệ 4G ......................................................................................... 8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................... 9
2.1. Hệ thống MIMO ............................................................................................ 9
2.1.1. Khái niệm hệ thống MIMO ..................................................................... 9
2.1.2. Các kỹ thuật phân tập ............................................................................ 10
2.1.3. Các độ lợi trong hệ thống MIMO .......................................................... 11
2.2. Mã hóa không gian thời gian STC ............................................................... 12
2.2.1. Mô hình hệ thống .................................................................................. 13
2.2.2. Dung lượng hệ thống............................................................................. 13
2.2.3. Mã hoá không gian thời gian khối STBC .............................................. 15
2.2.4. Mã hóa không gian thời gian lớp BLAST .............................................. 19
2.3. Ghép kênh phân chia không gian (Spatial Division Multiplexing) ............... 20
2.3.1. Ghép kênh phân chia không gian sử dụng thuật toán Zero Forcing ........ 22
2.3.2. Thuật toán MMSE ................................................................................. 23
2.4. Hệ thống OFDM .......................................................................................... 24
2.4.1. Nguyên lý OFDM ................................................................................. 24
2.4.2. Tín hiệu OFDM .................................................................................... 25
2.4.3. Thực hiện hệ thống OFDM bằng phép biến đổi IFFT/FFT .................... 26
2.4.4. Cyclic Prefix ......................................................................................... 27
2.4.5. Bộ giải điều chế OFDM ........................................................................ 29
2.4.6. Các ưu và nhược điểm ........................................................................... 31
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM SDM 2X2 TRÊN
MATLAB SIMULINK ........................................................................................ 32
3.1. Lý thuyết các khối chức năng ...................................................................... 34
3.1.1. Khối giả ngẫu nhiên (Khối Randomizer) ............................................... 34
3.2. Khối mã hoá kênh (Khối Channel Coding) .................................................. 35
3.2.1. Mã hoá Convolutional Code .................................................................. 35
3.2.2. Khối điều chế số (Khối Modulation) và Khối giải điều chế số ............... 39
3.2.3. Khối phân tập và giải phân tập sử dụng thuật toán MMSE (MMSE
Decoder) ......................................................................................................... 40
3.2.4. Điều chế và giải điều chế OFDM .......................................................... 41
3.2.5. Chèn khoảng bảo vệ Cyclic Prefix ........................................................ 42
3.2.6. Khối ước lượng kênh truyền (bộ Estimation)......................................... 43
3.2.7. Khối giải mã SDM (bộ SDM Decoder) ................................................. 45
3.3. Mô hình kênh truyền.................................................................................... 45
3.3.1. Nhiễu AWGN ....................................................................................... 45
3.3.2. Mô hình kênh truyền SUI ...................................................................... 46
3.3.3. Mô hình kênh truyền TGn ..................................................................... 47
3.3.4. Đánh giá kết quả của hệ thống............................................................... 48
CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN HỆ THỐNG MIMO-OFDM SDM 2X2 TRÊN
NỀN FPGA .......................................................................................................... 55
4.1. Bộ tạo thông tin điều khiển (khối Controller_TX)........................................ 56
4.2. Bộ tạo dữ liệu (khối Data TX) ..................................................................... 57
4.3. Bộ ngẫu nhiên hoá (khối Randomizer) và giải ngẫu nhiên hoá dữ liệu (khối
De-Randomizer) ................................................................................................. 58
4.4. Bộ mã hoá kênh và bộ giải mã kênh ............................................................ 60
4.4.1. Bộ mã hoá kênh (khối Channel Encoder) .............................................. 60
4.4.2. Bộ giải mã kênh (khối Channel Decoder) .............................................. 62
4.5. Bộ điều chế số và bộ giải điều chế số. .......................................................... 63
4.5.1. Bộ điều chế số (khối Modulation) ......................................................... 63
4.5.2. Bộ giải điều chế số (khối De-Modulation) ............................................. 65
4.6. Bộ phân tập an-ten (khối De-MUX)............................................................. 66
4.7. Bộ tạo symbol OFDM (khối OFDM Symbol) và bộ tách symbol OFDM (khối
OFDM Data) ...................................................................................................... 66
4.7.1. Bộ tạo symbol OFDM ........................................................................... 66
4.7.2. Bộ tách symbol OFDM ......................................................................... 71
4.8. Bộ giả lập kênh truyền (khối Channel) ......................................................... 72
4.9. Bộ ước lượng kênh truyền (khối Estimation) ............................................... 73
4.10. Bộ giải mã SDM (khối SDM decoder) .................................................. 75
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ..................................................................................... 79
5.1. Bộ điều khiển .............................................................................................. 79
5.1.1. Tín hiệu động bộ ................................................................................... 79
5.1.2. Tín hiệu chỉ dẫn .................................................................................... 80
5.2. Khối ngẫu nhiên hoá .................................................................................... 81
5.3. Khối mã hoá kênh ........................................................................................ 82
5.4. Khối điều chế và giải điều chế số. ................................................................ 83
5.5. Khối phân tập an-ten.................................................................................... 83
5.6. Ghép symbol OFDM ................................................................................... 84
5.7. Khối tạo nhiễu: ............................................................................................ 85
5.8. Khối ước lượng kênh. .................................................................................. 86
5.9. Khối giải mã MMSE.................................................................................... 87
5.10. Tỉ lệ lỗi của hệ thống với nhiễu AWGN: ............................................... 87
5.11. Tài nguyên phần cứng của hệ thống. ..................................................... 88
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................... 89
6.1. Kết luận ....................................................................................................... 89
6.2. Hướng phát triển .......................................................................................... 90
LỜI NÓI ĐẦU
Trong vài năm gần đây, các thiết bị di động phát triển rất mạnh mẽ với sự xuất
hiện của các điện thoại thông minh (smart-phone), máy tính bảng (tablet), các máy
tính cá nhân siêu di động (ultrabook) …, dẫn đến nhu cầu của người dùng di động
ngày càng tăng. Song song với nhu cầu sử dụng tăng thì nhu cầu về chất lượng dịch
vụ cũng tăng theo. Vì vậy, các nhà nghiên cứu cố gắng đưa ra những kỹ thuật
truyền mới với tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn và tầm phủ sóng xa hơn nhằm đáp
ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.
Kỹ thuật MIMO (Multi-Input Multi-Output) trong truyền thông là kỹ thuật sử
dụng nhiều an-ten phát, nhiều an-ten thu để truyền và nhận dữ liệu. Ưu điểm của
MIMO là tăng độ phân tập của kênh truyền fading, nên có thể giảm xác suất lỗi
(BER hay FER...) và tăng dung lượng của kênh truyền từ đó có thể tăng được tốc độ
dữ liệu.
Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) là một trường
hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ
trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn
lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ
làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật
điều chế thông thường. Ngoài ra, hệ thống OFDM còn có thể loại bỏ hoàn toàn
nhiễu phân tập đa đường (ISI) và nhiễu liên sóng mang (ICI).
Sự kết hợp của hai kỹ thuật MIMO-OFDM được xem là một giải pháp công
nghệ nổi lên với việc truyền được dữ liệu tốc độ cao, đã và đang áp dụng vào các hệ
thống hiện nay như 4G, WiMAX, và Wifi. ..
Chính vì tính ưu việt của kỹ thuật MIMO-OFDM nên đây là hướng nghiên
cứu rộng mở nhất trên thế giới, cũng như tại Bộ môn Viễn thông và Mạng, Khoa
Điện tử Viễn thông, Trường ĐH KHTN. Tuy nhiên, đa phần các nghiên cứu thường
chỉ thiết kế và đánh giá hệ thống trên các phần mềm mô phỏng như Matlab
Simulink mà chưa quan tâm đến việc thực hiện trên phần cứng để phân tích kết quả
1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1 trình bày lịch sử hình thành và các đặc điểm nổi bật của kỹ thuật
MIMO-OFDM. Song song đó, chương này còn trình bày một số chuẩn truyền thông
tiêu biểu ứng dụng kỹ thuật MIMO-OFDM và tiềm năng của kỹ thuật này trong
tương lai.
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Lịch sử phát triển
Các hệ thống thông tin không dây luôn được nghiên cứu nhằm cải thiện chất
lượng cũng như khả năng chống lại hiện tượng đa đường. Đối với các hệ thống
thông tin, chất lượng tín hiệu có thể cải thiện bằng cách tăng công suất, tăng dung
lượng truyền khi tăng băng thông. Tuy nhiên công suất cũng chỉ có thể tăng đến
một mức giới hạn nào đó vì khi công suất phát càng tăng thì càng gây nhiễu cho các
hệ thống thông tin xung quanh và việc phân bố băng thông đã được định chuẩn sẵn.
Hệ thống MIMO (đa đầu vào, đa đầu ra) có thể tăng dung lượng kênh truyền,
sử dụng băng thông rất hiệu quả nhờ ghép kênh không gian, cải thiện chất lượng hệ
thống đáng kể nhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu mà không cần tăng công
suất phát cũng như tăng băng thông của hệ thống. Kỹ thuật OFDM là một phương
thức truyền dẫn tốc độ cao với các cấu trúc đơn giản nhưng có thể chống lại fading
chọn lọc tần số bằng cách sử dụng phân tập tần số trực giao chia luồng dữ liệu tốc
độ cao thành N luồng dữ liệu tốc độ thấp truyền qua N kênh truyền con. Ngoài ra
việc sử dụng kỹ thuật OFDM còn giảm độ phức tạp của bộ cân bằng đáng kể bằng
cách cho phép cân bằng tín hiệu trong miền tần số và loại bỏ được nhiễu ISI khi sử
dụng khoảng bảo vệ đủ lớn. Từ những ưu điểm nổi bật của hệ thống MIMO và kỹ
thuật OFDM, việc kết hợp hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM là một giải pháp hứa
hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng tương lai.
download
