Đồ án Tổng quan hệ thống MIMO-OFDM

MỤC LỤC.

 

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.

DANH MỤC HÌNH VẼ.

LỜI NÓI ĐẦU.

Chương 1 1

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG. 1

1.1. Giới thiệu. 1

1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển trong thông tin di động. 1

1.2.1. Giới thiệu chung. 1

1.2.2. Những tồn tại khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động. 3

1.3. Môi trường vô tuyến trong thông tin di động. 4

1.3.1. Méo biên độ. 5

1.3.1.1. Mô hình fading Rayleigh. 5

1.3.1.2. Mô hình fading Rician. 6

1.3.1.3. Thống kê của fading. 7

1.3.2. Suy hao đường truyền. 8

1.3.3. Trải trễ trong hiện tượng đa đường. 10

1.3.4. Tạp âm trắng Gauss. 10

1.3.5. Hiện tượng Doppler. 11

1.4. Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM. 12

1.4.1. Định nghĩa và khái niệm. 12

1.4.2. Kỹ thuật MIMO-OFDM. 13

1.5. Kết luận chương. 14

 

Chương 2 15

KỸ THUẬT OFDM. 15

2.1. Giới thiệu. 15

2.2. Khái niệm chung. 16

2.2.1. Hệ thống đơn sóng mang. 16

2.2.2. Hệ thống đa sóng mang. 16

2.2.3. Tín hiệu trực giao. 17

2.3. Sơ đồ hệ thống OFDM băng cơ sở. 19

2.4. Cơ sở toán học. 20

2.4.1. Trực giao. 20

2.4.2. IFFT/FFT. 20

2.5. Các kỹ thuật cơ bản trong OFDM. 21

2.5.1. Sơ đồ điều chế/ Giải điều chế. 21

2.5.2. Mã hoá kênh. 23

2.5.3. Sắp xếp. 24

2.5.4. Kỹ thuật IFFT/FFT trong OFDM. 25

2.5.5. Tiền tố lặp CP. 26

2.5.6. Ước lượng kênh. 28

2.5.6.1. Khái niệm. 28

2.5.6.2. Ước lượng kênh trong miền tần số. 31

2.5.6.3. Ước lượng kênh trong miền thời gian. 31

2.6. So sánh độ phức tạp giữa kỹ thuật OFDM với điều chế đơn sóng mang. 33

2.7. Kết luận chương. 35

Chương 3 36

KỸ THUẬT MIMO. 36

3.1. Giới thiệu. 36

3.1.1. Ưu điểm của kỹ thuật MIMO. 36

3.1.2. Khuyết điểm của hệ thống MIMO. 37

3.2. Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO. 37

3.3. Sơ lược phân tập. 37

3.3.1. Phân tập thời gian. 38

3.3.2. Phân tập tần số. 39

3.3.3. Phân tập không gian. 39

3.3.4. Các phương pháp kết hợp phân tập. 40

3.3.4.1. Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC). 40

3.3.4.2. Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC). 41

3.3.4.3. Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC). 42

3.4. Mã hóa không gian_thời gian. 44

3.4.1. Mã hóa khối không gian thời gian (Space time block Codes). 45

3.4.1.1. Mã hóa Alamouti. 46

3.4.1.2 Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ 47

3.5. Kết luận chương. 50

Chương 4 51

KỸ THUẬT MIMO-OFDM. 51

4.1. Giới thiệu. 51

4.2. Mô tả tổng quan về hệ thống MIMO_OFDM. 51

4.2.1. MIMO-OFDM Tx. 52

4.2.2. MIMO_OFDM Rx. 52

4.2.3. Cấu trúc của khung (frame) của hệ thống MIMO-OFDM. 53

4.3. Phân tích hệ thống MIMO-OFDM. 54

4.3.1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM. 54

4.3.2. Space-Time Block-Coded OFDM. 55

4.3.2.1. Hệ thống STBC-OFDM. 55

4.3.2.2. Bộ phát STBC-OFDM. 56

4.3.2.3. Bộ thu STBC-OFDM. 57

4.4. Kết luận chương. 60

Chương 5 61

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIMO-OFDM & ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG. 61

5.1. Giới thiệu nội dung mô phỏng. 61

5.2. Các thông số mô phỏng. 61

5.2.1. Hệ thống OFDM. 61

5.2.2. Hệ thống MIMO-OFDM. 62

5.2.3. Thông số kênh truyền. 62

5.3. Lưu đồ và sơ đồ thuật toán của chương trình mô phỏng. 63

5.3.1. Truyền tín hiệu. 63

5.3.2. Kênh truyền. 63

5.3.3. Nhận tín hiệu. 64

5.3.4. Thuật toán tính BER. 65

5.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá. 66

5.5. Kết luận chương. 69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO. 71

PHỤ LỤC.

doc18 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 23/03/2013 | Lượt xem: 1104 | Lượt tải: 25download
Tóm tắt tài liệu Đồ án Tổng quan hệ thống MIMO-OFDM, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ cccc & dddd THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: KỸ THUẬT MIMO-OFDM. Giáo viên hướng dẫn: Ths ĐÀO MINH HƯNG Sinh viên thực hiện : Tống Xuân Nghĩa Lớp : ĐTVTBK28 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động và kĩ thuật MIMO_OFDM. Chương 2: Kĩ thuật OFDM Chương 3: Kĩ thuật MIMO. Chương 4: Kĩ thuật MIMO_OFDM. Chương 5: Mô phỏng. Chương 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động và kĩ thuật MIMO_OFDM. 1.1 Giải pháp MIMO_OFDM cho các hệ thống thông tin di động GSM/GPRS WCDMA GSM/GPRS WCDMA/ IEEE802.11 MIMO_OFDM Tiết kiệm năng lýợng Nhiễu Băng thông Vùng bao phủ Tốc độ rớt dữ liệu Hiệu quả sử dụng phổ Giới hạn về băng thông Vấn đề nhiễu IEEE802.11 GSM/GPRS WCDMA/ IEEE802.11 Hình 1.1 Giải pháp MIMO_OFDM cho các hệ thống thông tin di động 1.2 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động Hình 1.2: Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến trong thông tin di động. 1.3 Tổng quan hệ thống MIMO_OFDM trong thông tin di động. ] KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA MIMO_OFDM là kĩ thuật sử dụng nhiều anten phát và thu, chia dòng dữ liệu ban đầu thành nhiều dòng dữ liệu con theo một thuật toán cho trước, các dòng dữ liệu này được thực hiện ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, trước khi được đưa đến các anten tương ứng và truyền đi. Phía thu sẽ cũng nhận các dòng dữ liệu này từ nhiều anten và sử dụng các thuật toán thích hợp để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu. Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO_OFDM ]Hiệu quả của kĩ thuật MIMO_OFDM trong thông tin di động. Công nghệ: ØHiệu quả sử dụng phổ,chống fading nhiều tia… Ø Tối ưu hoá công suất phát. Ø Chống nhiễu xuyên kí tự, nhiễu xuyên kênh. Ø Nâng cao tốc độ truyền tín hiệu Ø Thích ứng hầu hết các tiêu chuẩn vô tuyến. Ø Thích ứng việc truyền dẫn đa đường, chất lượng tín hiệu nâng cao nhờ phân tập không gian. ØTăng phạm vi bao phủ… ØTối ưu hoá công suất phát. ØNâng cao chất lượng mạng. ØGiảm chi phí hệ thống. ØCó thể áp dụng cho hầu hết các hệ thống thông tin di động. Người dùng: Chất lượng dịch vụ cao. ØSự lựa chọn khả dụng cho các Độ tin cậy được đảm bảo nhà cung cấp dịch vụ… Nhiều dịch vụ mới được tích hợp. Chương 2: Kĩ thuật OFDM. 2.1 Định nghĩa và khái niệm: OFDM(ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) là một kĩ thuật điều chế đa sóng trực giao, trong đó dữ liệu được truyền nhờ rất nhiều sóng mang phụ. Hình 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM 2.2 Các bước cơ bản trong kĩ thuật OFDM Sắp xếp dòng bit nhị phân thành các nhóm Nbits tương ứng với phương pháp điều chế M_QAM. QAM là phương pháp điều chế cả biên độ và pha. IDFT/DFT Dữ liệu được đưa vào các sóng mang phụ trực giao. Thực tế thì bộ FFT/IFFT được thay DFT/IDFT. Tín hiệu ra là một tín hiệu rời rạc cũng có chiều dài N nhưng trong miền thời gian. Sắp xếp và mã hóa M_QAM Hình 2.2 Khối thực hiện mã hoá và IFFT/FFT Chèn dải bảo vệ Chống nhiễu xuyên kí tự. Chiều dài CP phải hạn chế để đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần, nhưng phải lớn hơn trải trễ cực đại. Chèn Pilot Và Ước lượng kênh xác định hàm truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp. Mẫu tin dẫn đường chèn cùng với mẫu tin có ích cả ở miền tần số và miền thời gian. Khoảng cách giữa 2 tín hiệu pilot +Trong miền tần số: +Trong miền thời gian: Hình 2.3 Khối thực hiện chèn dải bảo vệ và ước lượng kênh. Chương 3: Kĩ thuật MIMO. 3.1 Tổng quan kĩ thuật MIMO. ØKhái niệm và định nghĩa: Kĩ thuật MIMO là kĩ thuật sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu. ØPhân loại: phân tập theo không gian,phân tập theo thời gian, phân tập theo tần số, mã hoá khối không gian thời gian, mã hoá lưới không gian thời gian và ghép kênh không gian. Nhược điểm: ØTăng độ phức tạp trong xử lí tín hiệu phát và thu. ØKích thước của thiết bị di động tăng lên. ØNhiễu đồng kênh: do sử dụng nhiều anten truyền dữ liệu với cùng một băng tần. ØNhiễu liên kênh: do nhiều người dùng sử dụng cùng hệ thống MIMO. Ưu điểm: ØTăng độ lợi mảng, làm tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu, từ đó làm tăng khoảng cách truyền dẫn mà không cần tăng công suất phát. ØTăng độ lợi phân tập: làm giảm hiện tượng fading thông qua việc sử dụng hệ thống anten phân tập, nâng cao chất lượng hệ thống. ØTăng hiệu quả phổ: bằng cách sử dụng ghép kênh không gian. ØTăng dung lượng kênh mà không cần tăng công suất phát và băng thông. Hình 3.1 Hệ thống MIMO tổng quát 3.2 Phân tập Phân tập thời gian Phân tập không gian Bộ kết hợp kiểu quét Bộ kết hợp tín hiệu thu Bộ kết hợp kiểu lựa chọn Bộ kết hợp tỉ số cực đại Định nghĩa: Phân tập là kĩ thuật cải thiện độ tin cậy của tín hiệu bằng cách sử dụng hai hay nhiều kênh thông tin liên lạc với các tính chất khác nhau. Hình 3.2 Sơ đồ phân tập không gian và phân tập thời gian 3.3 Hệ thống MIMO sử dụng kĩ thật mã hoá không gian thời gian. ]Mã hóa: Mã hóa với 2 anten phát(Alamouti) Mã hóa với 4 anten phát Mã hóa với số anten phát là Nt Định nghĩa: STBC là kĩ thuật được sử dụng trong truyền thông không dây, truyền nhiều phiên bản các dòng dữ liệu qua nhiều anten và sử dụng nhiều phiên bản của các tín hiệu nhận khác nhau để nâng cao chất lượng tín hiệu thu. Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống MIMO sử dụng STBC với số anten phát khác nhau. GIẢI MÃ: Bộ giải mã trực giao STBC là giải mã tối ưu (maximum likelihood decoding) đýợc thực hiện tại bộ thu với quá trình xử lí tuyến tính Hình 3.4 Sơ đồ giải mã của STBC Chương 4: Kĩ thuật MIMO_OFDM 4.1 Hệ thống thu/phát MIMO_OFDM. Sơ đồ khối của bộ phát của hệ thống MIMO_OFDM Sơ đồ khối của bộ thu của hệ thống MIMO_OFDM Hình 4.1 Hệ thống thu và phát MIMO_OFDM. 4.2 Hệ thống STBC_OFDM Mô hình hệ thống STBC-OFDM 2x2 Từ mã không gian-thời gian đýợc cho bởi: Tại mỗi thời điểm t, một khối bit thông tin được mã hoá để phát ra một từ mã không gian thời gian mà nó bao gồm 2*M kí tự được điều chế. Chương 5: Mô phỏng ¯LƯU ĐỒ : Hình 5.1 Lưu đồ trong chương trình mô phỏng. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hình 5.2 Kết quả mô phỏng KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ ĐỀ TÀI.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docthuyetminh.doc
  • dochoan chinh.doc
  • pptTrinh_bay.ppt