Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường được sự quan tâm và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin hữu nghị Việt – Hàn; đặc biệt là các thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng, em đã hoàn thành khoá học của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong trường nói chung và các thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng nói riêng đã tận tình chỉ bảo, dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập tại trường.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Huyền Trang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

Trong quá trình tìm hiểu và hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp kiến thức của em vẫn còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô giáo sức khỏe dồi dào và thành công trong công việc giảng dạy của mình; để tiếp tục chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm cho các bạn khóa học tiếp theo.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

VÕ THỊ THÁI HÒA TRINH

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH v

CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1. Lí do chọn đề tài 1

2. Mục đích nghiên cứu 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4. Phương pháp nghiên cứu 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

1.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

1.2. MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 7

1.3. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO - OFDM 8

1.3.1. Khái niệm 8

1.3.2. Kỹ thuật MIMO - OFDM 10

1.3.3. Hiệu quả của kỹ thuật MIMO – OFDM trong thông tin di động 10

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT OFDM 12

2.1. TỔNG QUAN VỀ OFDM 12

2.2. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 13

2.2.1. Hệ thống đơn sóng mang 13

2.2.2. Hệ thống đa sóng mang 13

2.2.3. Tín hiệu trực giao 14

2.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG OFDM 15

2.4. CÁC KĨ THUẬT CƠ BẢN TRONG OFDM 16

2.4.1. Điều chế/giải điều chế 16

2.4.2. Mã hóa kênh 18

2.4.3. Chuyển đổi Serial/Parallel và Parallel/Serial 19

2.4.4. Kỹ thuật IFFT/FFT trong OFDM 20

2.4.5. Tiền tố lặp CP 22

2.4.6. Ước lượng kênh 24

2.5. SO SÁNH ĐỘ PHỨC TẠP GIỮA KỸ THUẬT OFDM VỚI ĐIỀU CHẾ ĐƠN SÓNG MANG 26

2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 27

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT MIMO 28

3.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MIMO 28

3.1.1. Ưu điểm của kỹ thuật MIMO 28

3.1.2. Nhược điểm của hệ thống MIMO 29

3.2. ĐỘ LỢI TRONG HỆ THỐNG MIMO 29

3.3. CÁC KĨ THUẬT PHÂN TẬP 31

3.3.1. Phân tập thời gian 32

3.3.2. Phân tập không gian 33

3.3.3. Phân tập tần số 34

3.3.4. Các phương pháp kết hợp phân tập 34

3.4. MÃ HÓA KHÔNG GIAN - THỜI GIAN 36

3.4.1. Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes) 37

3.4.2. Mã lưới không gian thời gian STTC 39

3.5. Kết luận chương 41

CHƯƠNG 4: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT MIMO – OFDM 42

4.1. GIỚI THIỆU CHUNG 42

4.2. MÔ TẢ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO - OFDM 43

4.2.1. MIMO-OFDM Tx 44

4.2.2. MIMO_OFDM Rx 44

4.2.3. Cấu trúc của khung (frame) của hệ thống MIMO-OFDM 45

4.3. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MIMO-OFDM 45

4.3.1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 45

4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM 47

4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 51

KẾT LUẬN 53

ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ 1G đến 4G 6

Hình 1.2: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO - OFDM 10

Hình 2.1: Băng thông được sử dụng hiệu quả trong OFDM 15

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM 15

Hình 2.3: Chùm tín hiệu M_QAM 17

Hình 2.4: Bộ chuyển đổi S/P 20

Hình 2.5: Bộ chuyển đổi P/S 20

Hình 2.6: Tiền tố lặp (CP) trong OFDM 22

Hình 2.7: Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường 23

Hình 2.8: Tín hiệu Pilot trong miền thời gian và tần số 25

Hình 2.9: Tín hiệu pilot trong miền tần số 25

Hình 3.1: Hình ảnh trực quan của một hệ thống MIMO 28

Hình 3.2: Mô hình một hệ thống MIMO tổng quát 28

Hình 3.3: Kỹ thuật Beamforming 30

Hình 3.4: Ghép kênh không gian giúp tăng tốc độ truyền 30

Hình 3.5: Phân tập không gian giúp cải thiện SNR 30

Hình 3.6: Sơ đồ phân tập theo thời gian 32

Hình 3.7: Mô hình phân tập không gian 33

Hình 3.8: Mô hình bộ tổ hợp kiểu lựa chọn 34

Hình 3.9: Bộ tổ hợp kiểu quét 35

Hình 3.10: Phương pháp kết hợp tỉ số cực đại 36

Hình 3.11: Sơ đồ giải mã của hệ thống STBC 38

Hình 3.12: Sơ đồ mã lưới 40

Hình 3.13: Mô tả sơ đồ mã hóa với k = 1, K = 3 và n = 2 40

Hình 3.14: Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k = 1, K = 3 và n = 2 40

Hình 4.1: Các chuẩn thông tin không dây của IEEE 43

Hình 4.2: Sơ đồ phát và thu của hệ thống MIMO-OFDM 43

Hình 4.3: Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM 44

Hình 4.4: Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM 44

Hình 4.5: Cấu trúc khung dữ liệu MIMO-OFDM 45

Hình 4.6: Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 47

CÁC TỪ VIẾT TẮT

MIMO

Multi Input Multi Output	Kỹ thuật dùng nhiều anten phát và thu
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing	Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
SC	Single Carrier Communication	Truyền dẫn đơn sóng mang
QAM	Quadrature Amplitude Modulation	Điều chế biên độ cầu phương
PDC	Personal Digital Cell	Mạng tế bào cá nhân
PSK	Phase Shift Keying	Điều chế di pha
ICI	Inter Carrier Interference	Nhiễu xuyên sóng mang
ITU	International Telecom Union	Liên mạng viễn thông quốc tế
GSM	Global System For Mobile Communication	Hệ thống thông tin di động toàn cầu
FDMA	Frequency Division Multiple Access	Đa truy nhập phân chia theo tần số
DFT	Discrete Fourier Transform	Biến đổi Fourier rời rạc
CSI	Channel State Information	Bộ nhập điều khiển
CDMA	Code Division Multiple Access	Đa truy nhập phân chia theo mã
AMPS	Advance Mobile Phone Service	Hệ thống điện thoại tiên tiến
TDMA	Time Division Multiple Access	Đa truy cập phân chia theo thời gian
TACS	Total Access Communication System	Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ

Nordic Mobile Telephone	Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu
IS-95	Interim Standard 95	Tiêu chuẩn thông tin di động
PAPR	Peak to Average Power Ratio	Tỉ số công suất đỉnh trung bình
WCDMA	Wideband CDMA	Mã băng rộng CDMA
FDM	Frequency Division Multiple	Đa phân chia theo tần số
FEC	Forward Error Correcing	Sửa sai lỗi hướng đi
CP	Cyclic Prefix	Tiền tố lặp
IFFT	Inversion Fast Fourier Transform	Biến đổi Fourier ngược nhanh
AWGN	Addition White Gaussian Noise	Nhiễu Gauss trắng cộng
IDFT	Inversion Discrete Fourier Transform	Biến đổi ngược Fourier rời rạc
FFT	Fast Fourier Transform	Biến đổi Fourier nhanh
STTC	Space Time Trellic Coding	Mã hóa lưới không gian thời gian
SBTC	Space Time Block Coding	Mã hóa khối không gian thời gian
ISI	Inter Symbol Interference	Nhiễu xuyên kí tự
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers	Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử thế giới
NGN	Next Generation Network	Mạng thế hệ sau
QPSK	Quadrature Phase Shift Keying	Điều chế khóa dịch pha cầu phương
RF	Radio Frequency	Tần số cao tần
BPSK	Binary Phase Shift Keying	Điều chế khóa dịch pha nhị phân