intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đồ án Tốt nghiệp: Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động

Chia sẻ: Trạc Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST
Báo xấu
33
lượt xem 8
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

NMục tiêu của đề tài là nghiên cứu về kỹ thuật OFDM và hệ thống MIMO để kết hợp giữa kỹ thuật MIMO và kỹ thuật OFDM nhằm tăng dung lượng và chất lượng cho hệ thống thông tin di động không dây. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án Tốt nghiệp: Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động

  1. 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A i
  2. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A ii
  3. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A iii
  4. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A iv
  5. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A v
  6. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 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 SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A vi
  7. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động CÁC TỪ VIẾT TẮT Kỹ thuật dùng nhiều anten phát và MIMO Multi Input Multi Output thu Orthogonal Frequency Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo OFDM Division Multiplexing tần số trực giao Single Carrier SC Truyền dẫn đơn sóng mang Communication Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ cầu phương Modulation 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 Global System For Mobile GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu Communication Frequency Division Multiple FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số Access DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc CSI Channel State Information Bộ nhập điều khiển Code Division Multiple CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Access Advance Mobile Phone AMPS Hệ thống điện thoại tiên tiến Service Time Division Multiple TDMA Đa truy cập phân chia theo thời gian Access Total Access TACS Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ Communication System SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A vii
  8. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động NMT Nordic Mobile Telephone Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu IS-95 Interim Standard 95 Tiêu chuẩn thông tin di động Peak to Average Power PAPR Tỉ số công suất đỉnh trung bình Ratio 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 Inversion Fast Fourier IFFT Biến đổi Fourier ngược nhanh Transform Addition White Gaussian AWGN Nhiễu Gauss trắng cộng Noise Inversion Discrete Fourier IDFT Biến đổi ngược Fourier rời rạc Transform 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 Institute of Electrical and Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử thế IEEE Electronics Engineers giới NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau Quadrature Phase Shift QPSK Điều chế khóa dịch pha cầu phương Keying RF Radio Frequency Tần số cao tần Binary Phase Shift Keying BPSK Điều chế khóa dịch pha nhị phân SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A viii
  9. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động ML Maximum Likelihood Khả năng tối ưu MSB Most significant bit Bit có giá trị cao nhất EGC Gain Combinations Bộ tổ hợp cùng độ lợi Maximum Ratio MRC Combinations Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa Pilot signal assisted PSAM Điều khiển tín hiệu Pilot hỗ trợ Modulation SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A ix
  10. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Mạng thông tin di động có những ưu điểm mà mạng có dây không có được như: tính lưu động, những nơi có địa hình phức tạp, trong không gian..v..v. Vì vậy con người không ngừng nghiên cứu để cải tiến mạng di động từng ngày, từ mạng 2G lên 2,5G; 3G; 4G; xây dựng các mô hình mạng WIFI (Wireless Fidelity), WIMAX (World Interoperability Microwave Access). Song song với từng thế hệ là các giải pháp mới được đưa ra như: FDMA, TDMA, CDMA, OFDM, MIMO…Mỗi giải pháp mới đều có những ưu điểm hơn giải pháp cũ nhưng đều được phát triển theo xu hướng sau: nâng cao tốc độ dữ liệu, nâng cao chất lượng tín hiệu, mở rộng băng thông, tăng chất lượng dịch vụ… Trong đó OFDM và MIMO là hai kỹ thuật được kết hợp với nhau và đưa vào sử dụng. OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, MIMO là kỹ thuật sử dụng nhiều anten để truyền và nhận dữ liệu. OFDM được đưa vào ứng dụng trong thực tế như: truyền hình số, phát thanh số, truyền hình vệ tinh và đã đem lại những hiệu quả đáng kể. Bên cạnh đó, MIMO được xây dựng dựa trên chuẩn 802.11g và 802.11n của Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử (Institute of Electrical and Electronic Engineers – IEEE), thường được dùng chung với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM). Các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông hiện đang tiêu chuẩn hóa MIMO để đưa vào sử dụng trong các chuẩn của mạng 3G như HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Và với sự kết hợp hai kỹ thuật MIMO và OFDM vào một số mô hình như WiMax, VoWifi trong các tiêu chuẩn 802.16, 802.11n đã đem lại các kết quả cao trong thực tế. Vì thế, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO - OFDM trong hệ thống thông tin di động” để làm bài đồ án tốt nghiệp của mình. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu về kỹ thuật OFDM và hệ thống MIMO để kết hợp giữa kỹ thuật MIMO và kỹ thuật OFDM nhằm tăng dung lượng và chất lượng cho hệ thống thông tin di động không dây. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 1
  11. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu về MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động. 4. Phương pháp nghiên cứu  Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài  Nghiên cứu, tìm tài liệu qua các phương tiện truyền thông (sách, báo, internet…).  Tham khảo ý kiến đóng góp của giảng viên và cán bộ hướng dẫn đồ án tốt nghiệp.  Nghiên cứu lý thuyết nhằm có một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật MIMO cũng như hệ kỹ thuật OFDM từ đó kết hợp lại để tạo ra những mô hình ứng dụng cho hệ thống thông tin không dây. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kỹ thuật MIMO_OFDM đã được ứng dụng vào chuẩn IEEE 802.11n trong hệ thống WIFI và IEEE 802.16 trong hệ thống WIMAX. Mặc dù bước đầu còn trong giai đoạn ứng dụng thử nghiệm với qui mô nhỏ nhưng nó đã mang lại những bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực thông tin di động như sự mở rộng băng thông, nâng cao chất lượng tín hiệu trao đổi. Mạng WIFI sử dụng 802.11n đã trao đổi được các dữ liệu dung lượng lớn như âm thanh, hình ảnh mà các mạng WIFI trước đó không thực hiện được. Đề tài đã giới thiệu kỹ thuật OFDM, kỹ thuật này cho thấy sự cải thiện đáng kể về chất lượng tín hiệu. Phát triển đề tài này, có thể nghiên cứu thêm các hệ thống MIMO_OFDM với số anten phát và thu lớn hơn; như hệ thống 3x4, 4x4, 8x8… Nhưng số anten tăng cũng nảy sinh vấn đề cần giải quyết đó là: sự phức tạp trong bộ thu tín hiệu, làm cho các phép tính có độ khó cao, thiết bị thì cồng kềnh, giá thành cao. Tuy nhiên gần đây, với các phát minh bộ xử lí tín hiệu số giá rẻ, các bộ xử lí đa năng, các thuật toán xử lí tín hiệu mới, điều này sẽ giúp thiết bị MIMO_OFDM gọn gàng hơn và sẽ được đưa vào áp dụng rộng rãi trong thực tế. Với những ưu điểm về mặt kỹ thuật và sự hỗ trợ của các phát minh mới, kỹ thuật MIMO_OFDM sẽ là một trong những kỹ thuật hàng đầu được áp dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ mới như NGN, 4G. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 2
  12. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO-OFDM TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG  Giới thiệu chung Thông tin di động thế hệ thứ nhất được phát triển vào những năm cuối thập niên 70, sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiplex Access). Điển hình cho thế hệ này là một số hệ thống như:  AMPS (Advance Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến  TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ  NMT 450 (Nordic Mobile Telephone 450): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz  NMT 900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900 MHz  NTT (Nipon Telegraph and Telephone): Do Nhật Bản nghiên cứu và sử dụng Một số đặc điểm của thế hệ này là: dung lượng thấp, số lượng dịch vụ không nhiều, chất lượng kém, chỉ cung cấp dịch vụ thoại … Thông tin di động thế hệ 2 sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động. Một số hệ thống thông tin di động thế hệ hai điển hình như:  GSM (Global System For Mobile Communication): Hệ thống thông tin di động toàn cầu  IS-95 (Interim Standard 95): Tiêu chuẩn thông tin di động CDMA của Mĩ do Qualcomm đề xuất  IS-136 (Interim Standard 136): Tiêu chuẩn thông tin di dộng TDMA cải tiến của Mĩ do AT&T đề xuất  PDC (Personal Digital Cell): Hệ thống tổ ong cá nhân của Nhật Bản SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 3
  13. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13Kbps. Chúng có những phát triển rất mạnh vào những năm 1990. Tuy nhiên số thuê bao di động không ngừng tăng cộng với nhu cầu về dịch vụ mới, đặc biệt là các dịch vụ truyền số liệu, các yêu cầu về chất lượng cuộc gọi… đã đòi hỏi các nhà thiết kế phải đưa ra các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó ITU đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỉ 2000. Các hệ thống này điều sử dụng công nghệ CDMA và cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. CDMA-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA IS-95. Nhưng không dễ để phát triển từ thế hệ hai sang thế hệ ba do các vấn đề kỹ thuật giữa hai thế hệ có những điểm khác nhau. Thế giới có xu hướng quá độ lên thế hệ 2.5 trước khi triển khai thế hệ 3. Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng và số liệu 144 Kbps. Thông tin di động thế hệ thứ ba là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ truyền thông cá nhân đa phương tiện. Một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3:  Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2Mbps.  Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần theo yêu cầu. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 4
  14. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động  Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là phải đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số hóa các dịch vụ số liệu.  Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định nhất là đối với thoại.  Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh. Để đạt được những yêu cầu này phải kể đến những kỹ thuật đã góp phần giải quyết những vấn đề đó trong lĩnh vực thông tin di động như: sự hạn chế về dung lượng hệ thống, tốc độ truyền dữ liệu của người dùng, chất lượng dịch vụ, tuổi thọ của pin trong các thiết bị di động… Tuy nhiên đối tượng sử dụng thông tin di động rất đa dạng và nhu cầu ngày càng tăng dẫn đến yêu cầu bức thiết cho sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 4G (Fourth-Generation). 4G có yêu cầu kỹ thuật dung lượng lớn và tốc độ dữ liệu cao trong khi băng thông cho phép lại không được mở rộng. Yêu cầu đó đã thúc đẩy những nghiên cứu về hệ thống đa đầu vào đa đầu ra MIMO (Multi Input Multi Output) và đạt được nhiều thành công đáng kể. Như ta đã biết môi trường truyền dẫn vô tuyến rất phức tạp do suy hao, xen nhiễu fading, hiệu ứng Doppler … đã gây ra nhiều khó khăn cho việc nhận dạng tín hiệu tại đầu thu. Các kỹ thuật phân tập góp phần đáng kể trong trong việc giảm fading đa đường. MIMO là một hệ thống đa anten ở đầu phát, đầu thu, áp dụng kỹ thuật phân tập, mã hoá nhằm tăng dung lượng kênh truyền, cải thiện hiệu quả phổ mà không phải tăng công suất phát hay băng thông. Nhiều cấu trúc MIMO đã được đề xuất và đạt được nhiều hiệu quả to lớn như cấu trúc không gian - thời gian lớp dọc của phòng thí nghiệm Bell V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time), mã hoá khối không gian - thời gian STBC (Space-Time Block Coding), mã hoá Trellis không gian - thời gian STTC (Space-Time Trellis Coding)… Khi tốc độ truyền dẫn tăng cao trên các kênh truyền băng rộng, đặt biệt là các kênh fading lựa chọn tần số, nhiễu liên ký tự (Inter - Symbol Interference) xuất hiện do độ trễ của kênh truyền, làm tăng tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate) một cách đáng kể. Để giải quyết vấn đề này, một kỹ thuật điều chế đa sóng mang mang tên ghép kênh phân chia theo tần số sóng mang trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 5
  15. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động Multiplexing) được áp dụng cho các hệ thống truyền dẫn. Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu liên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI. Nhận thấy những tiềm năng to lớn của MIMO và OFDM, các nhà thiết kế đã kết hợp cả hai vào một hệ thống truyền dẫn để tận dụng ưu điểm của chúng. Thành công rực rỡ đã đặt MIMO - OFDM làm nền tảng cho sự phát triển 4G. Trong tương lai, nhiều nghiên cứu sẽ đựơc phát triển để cải tiến chất lượng, dung lượng của hệ thống MIMO - OFDM. Hình 1.1: Lộ trình phát triển từ 1G đến 4G  Wi-Fi (Wireless Fidelity)  Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)  HSPA (High Speed Packet Access): Truy nhập gói tốc độ cao  LTE (Long Term Evolution): Phát triển bền vững  Những khó khăn về kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin di động SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 6
  16. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động Dung lượng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 1 và 2 bị hạn chế nhiều do sử dụng các kỹ thuật đa truy cập FDMA, TDMA hoặc CDMA. Các kỹ thuật này xác định người dùng bằng việc cấp phát một tần số, một khe thời gian hoặc một mã trải phổ duy nhất khi họ đăng nhập vào hệ thống. Nhưng phổ tần dành cho thông tin di động thì có hạn. CDMA cũng làm tăng dung lượng hệ thống đáng kể nhưng nó lại dẫn đến sự gia tăng nhiễu đồng kênh và nhiễu xuyên kênh do mật độ phân bố cao của người dùng trong một cell. Do đó dung lượng hệ thống không cao. Bên cạnh đó, chất lượng dịch vụ của người dùng cũng giảm do fading và nhiễu đồng kênh, nhiễu xuyên kênh khi họ di chuyển. Các hệ thống thông tin di động thế hệ ba sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ thấp cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2MHz, các dịch vụ với tốc độ 14.4 Kbps sẽ được dùng cho di động thông thường. Những khó khăn trên sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật MIMO_OFDM. 1.2. MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Trong một kênh vô tuyến lí tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín hiệu đến trực tiếp và sẽ là bản thu được hoàn hảo của tín hiệu khác. Tuy nhiên, trong một kênh thực tế tín hiệu bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệu nhận được sẽ là sự tổng hợp của các thành phần bị suy giảm, thành phần khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ của tín hiệu khác. Quan trọng là kênh truyền có thể cộng nhiễu vào tín hiệu và có thể gây ra sự dịch tần sóng mang nếu máy phát hoặc máy thu di chuyển (hiệu ứng Doppler). Chất lượng của hệ thống vô tuyến phụ thuộc vào các đặc tính kênh truyền. Do đó, hiểu biết về các ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu điều rất quan trọng. Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát và máy thu. Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như: nhiễu Gauss trắng cộng, Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia… Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài và nhiễu giao thoa là rất lớn. Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 7
  17. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật có chiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ. Phản xạ xuất hiện từ mặt đất, các tòa cao ốc… Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bị một bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắp nơi. Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học của vật thể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ. Mặc dù cường độ trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối) có cường độ nhiễu xạ và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích. Sự tán xạ: xuất hiện khi sóng lan truyền qua môi trường mà độ dài của các vật thể là nhỏ so với bước sóng và số vật cản trên đơn vị thể tích môi trường là rất lớn. Các bề mặt nhấp nhô, những vật thể nhỏ, sự thay đổi bất thường của kênh truyền tạo ra sóng tán xạ. Thực tế là các tán lá rậm, bảng đường, cột điện tạo ra hiện tượng tán xạ trong thông tin di động. Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh fading không lựa chọn tần số. Với việc sử dụng tiền tố lặp CP, kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang. 1.3. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MIMO - OFDM Với sự phát triển dịch vụ di động, ngày càng yêu cầu tốc độ cao (băng thông rộng) và chất lượng thông tin tốt. Trong đó kỹ thuật OFDM và MIMO đã được sử dụng để đáp ứng yêu cầu trên. Kỹ thuật MIMO giúp tăng tốc độ dữ liệu và vẫn giữ được độ tin cậy thông tin, giảm công suất phát. Và kỹ thuật OFDM giúp chống nhiễu, tăng cự li truyền tin trong môi trường không dây. Kỹ thuật MIMO - OFDM là sự kết hợp của hai kỹ thuật MIMO và OFDM để tận dụng cả hai ưu điểm của các kỹ thuật, mang lại chất lượng thông tin trao đổi tốt nhất. 1.3.1. Khái niệm SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 8
  18. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động OFDM viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing, là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu ban đầu tốc độ cao thành nhiều dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Mỗi dòng dữ liệu này sẽ được truyền trên một sóng mang con. Các sóng mang con được điều chế trực giao với nhau. Sau đó sóng mang con được tổng hợp với nhau và được chuyển lên tần số cao để truyền đi. Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn. Sau đó được tách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp. Loại bỏ sóng mang con, chuyển về các luồng tín hiệu gốc. Cuối cùng được tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu. MIMO viết tắt của Multi Input Multi Output, là kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát hoặc nhiều anten thu nhằm đạt được độ tin cậy của tín hiệu truyền dẫn và tốc độ dữ liệu cao. Kỹ thuật MIMO là chia dòng dữ liệu ban đầu thành các dòng dữ liệu con theo một thuận toán cho trước, sau đó đưa từng dòng dữ liệu này đến các anten tương ứng và truyền đi. Phía thu sẽ nhận được các dòng dữ liệu này, sử dụng các thuật toán thích hợp để tổng hợp lại dòng dữ liệu ban đầu. MIMO - OFDM là sự kết hợp cả hai kỹ thuật OFDM và MIMO trên. Nó là kỹ 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. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 9
  19. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động 1.3.2. Kỹ thuật MIMO - OFDM Khối phát MIMO - OFDM Khối phát TX1 Anten 1 . OFDM 1 Khối Bits . phát input MIMO . Anten n Khối phát TXn OFDM n Khối nhận MIMO - OFDM Anten 1 RX1 Khối thu OFDM 1 . Bits Anten m . output Khối thu RXm Khối thu . MIMO OFDM m Hình 1.2: Mô hình tổng quát hệ thống MIMO - OFDM Khối phát MIMO-OFDM: Một chuỗi tín hiệu đầu vào sẽ được khối MIMO mã hoá và tách ra thành các dãy tín hiệu riêng biệt. Từng dãy tín hiệu này sẽ được đưa vào khối phát OFDM tương ứng để chuyển thành các tín hiệu OFDM. Sau đó được đưa đến khối TX để chuyển thành tín hiệu cao tần và truyền đi qua các anten. Khối thu MIMO-OFDM: Tín hiệu cao tần được thu nhận bởi các anten ở khối thu. Bộ RX sẽ chuyển tín hiệu cao tần thành các tín hiệu tần số thấp. Khối thu OFDM sẽ chuyển tín hiệu OFDM thành các tín hiệu thông thường. Khối thu MIMO sẽ giải mã và tổng hợp các dãy tín hiệu sau khối thu OFDM thành một chuỗi tín hiệu ban đầu. 1.3.3. Hiệu quả của kỹ thuật MIMO – OFDM trong thông tin di động  Đối với công nghệ :  Hiệu quả trong việc sử dụng phổ, chống fading nhiều tia  Tối ưu hóa công suất phát  Chống nhiễu xuyên kí tự, nhiễu xuyên kênh SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 10
  20. Tìm hiểu về kỹ thuật MIMO – OFDM trong hệ thống thông tin di động  Nâng cao tốc độ truyền tín hiệu  Thích ứng hầu hết với các chuẩn vô tuyến  Thích ứng việc truyền dẫn đa đường, chất lượng tín hiệu nâng cao nhờ phân tập không gian  Tăng phạm vi bao phủ  Nâng cao chất lượng mạng, giảm chi phí hệ thống  Có thể áp dụng hầu hết các hệ thống thông tin di động  Đối với người dùng :  Chất lượng dịch vụ cao  Độ tin cậy được đảm bảo  Nhiều dịch vụ mới được tích hợp 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Kỹ thuật MIMO – OFDM ra đời đã tạo ra rất nhiều ưu điểm cho hệ thống thông tin di động. Đó là cho hiệu năng phổ cao, thích ứng với truyền dẫn đa đường trong hệ thống truyền dẫn không dây, tận dụng được sự phân tập anten từ đó cải thiện chất lượng tín hiệu tại đầu thu, chống được hiện tượng Fading ảnh hưởng đến hệ thống băng rộng. SVTH: Võ Thị Thái Hòa Trinh – Lớp: CCVT05A 11
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
829 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2