Luận văn:Nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu nhằm cải thiện chất lượng trong hệ thống MIMO - OFDM

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

290
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong hệ thống MIMO – OFDM các tín hiệu OFDM được phát và thu đồng thời trên nhiều anten, hệ thống đã sử dụng được lợi điểm của cả MIMO và OFDM làm tăng độ lợi phân tập, tăng dung năng trong những kênh fading lựa chọn tần số và thay đổi theo thời gian. Đồng thời kỹ thuật MIMO và OFDM cũng hỗ trợ lẫn nhau, kỹ thuật OFDM chia kênh fading lựa chọn tần số thành nhiều kênh phading phẳng song song thuận tiện hơn cho việc truyền tín hiệu theo phương pháp MIMO...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu kỹ thuật phân tập anten thu nhằm cải thiện chất lượng trong hệ thống MIMO - OFDM

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG TR N TH ÁNH DUYÊN Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. TĂNG T N CHI N NGHIÊN C U K THU T PHÂN T P Ph n bi n 1: TS. NGUY N VĂN CƯ NG ANTEN THU NH M C I THI N CH T LƯ NG TRONG H TH NG MIMO - OFDM Ph n bi n 2: TS. NGÔ VĂN S Chuyên ngành: K thu t ñi n t Mã s : 60.52.70 Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 11 tháng 11 năm 2012 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng. Đà N ng - Năm 2012
3 4 M Đ U thu t phân t p ñư c s d ng ñ h n ch nh hư ng c a fading ña tia, 1. TÍNH C P THI T C A Đ TÀI tăng ñ tin c y c a vi c truy n tin mà không ph i gia tăng công su t S bùng n c a nhu c u thông tin vô tuy n nói chung và thông phát hay băng thông. Các phương pháp phân t p thư ng g p là phân tin di ñ ng nói riêng trong nh ng năm g n ñây ñã thúc ñ y s phát t p t n s , phân t p th i gian, phân t p không gian (hay phân t p tri n c a công ngh truy n thông vô tuy n. anten). Trong ñó, k thu t phân t p anten hi n ñang r t ñư c quan Trư c h t ph i k ñ n k thu t OFDM. Nh có các ưu ñi m n i tâm và ng d ng vào h th ng MIMO nh kh năng khai thác hi u b c so v i h th ng ñơn sóng mang mà OFDM ñã ñư c l a ch n làm qu thành ph n không gian trong nâng cao ch t lư ng và dung lư ng chu n cho nhi u h th ng thông tin h u tuy n và vô tuy n. Các ưu h th ng, gi m nh hư ng c a fading, ñ ng th i tránh ñư c hao phí ñi m c a h th ng OFDM có th k ñ n như: cho phép truy n thông băng thông t n s – m t y u t r t ñư c quan tâm trong hoàn c nh tài tin t c ñ cao qua kênh fading ch n l c t n s b ng cách truy n song nguyên t n s ngày càng khan hi m. Trong phân t p anten, ngư i ta song thông tin t c ñ th p trên các kênh băng h p (kênh con fading có th th c hi n phân t p anten thu, phân t p anten phát hay k t h p ph ng băng h p), s d ng hi u qu băng thông nh các sóng mang c phân t p anten thu và anten phát. Do tính ch t ph c t p c a h ph tr c giao, lo i tr nhi u liên kí t (ISI) và nhi u liên sóng th ng này và th i gian có h n nên em ñã ch n ñ tài: “Nghiên c u k mang (ICI) b ng cách chèn thêm vào m t kho ng th i gian b o v thu t phân t p anten thu nh m c i thi n ch t lư ng trong h th ng trư c m i symbol giúp ñơn gi n hóa b cân b ng kênh phía thu, vi c MIMO - OFDM” làm ñ tài t t nghi p c a mình. ñi u ch và gi i ñi u ch ñơn gi n nh s d ng thu t toán FFT/IFFT, 2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U ….. Trên cơ s tìm hi u v các k thu t phân t p anten thu, ñ tài Tuy nhiên do ñ c tính kênh truy n vô tuy n di ñ ng, tín hi u khi ti n hành mô ph ng, phân tích ñánh giá các k thu t phân t p anten truy n qua kênh truy n này s b ph n x , nhi u x , khúc x , …. gây thu khác nhau, ñ ng th i ñưa ra các so sánh v ưu ñi m và như c ra hi n tư ng fading ña ñư ng. Đi u này d n ñ n tín hi u phía thu s ñi m c a t ng k thu t phân t p anten thu. T ñó, ñưa ra l a ch n y u hơn nhi u so v i tín hi u phía phát, làm gi m ñáng k ch t lư ng phù h p tùy theo yêu c u thi t k h th ng. truy n d n c a tín hi u. 3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U Nh ng nghiên c u g n ñây cho th y, s k t h p phương - H th ng MIMO – OFDM. pháp ñi u ch OFDM vào h th ng MIMO cho phép c i thi n - Các lý thuy t phân t p: phân t p th i gian, phân t p t n s , phân ñáng k nh ng nh hư ng c a fading t môi trư ng truy n, cho phép t p anten …. nâng cao ch t lư ng và dung lư ng truy n thông c a h th ng. - Các k thu t phân t p anten thu: phân t p SC, phân t p TC, K thu t phân t p là m t trong nh ng phương pháp ñư c dùng ñ phân t p EGC, phân t p MRC. h n ch nh hư ng c a fading. Trong h th ng thông tin di ñ ng, k - Công c mô ph ng.
5 6 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Chương 3. NGHIÊN C U K THU T PHÂN T P ANTEN - Thu th p, phân tích các tài li u và thông tin liên quan ñ n ñ tài. THU NH M C I THI N CH T LƯ NG TRONG H TH NG - K t h p nghiên c u lý thuy t và mô ph ng các phương pháp MIMO – OFDM phân t p anten thu. Chương 4. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PH NG CÁC K THU T - S d ng ph n m m Matlab mô ph ng các k thu t phân t p PHÂN T P THU anten. - Đưa ra các k t lu n t k t qu mô ph ng và so sánh v i các tính Chương 1: Đ C TÍNH KÊNH TRUY N VÔ TUY N toán lý thuy t. DI Đ NG 5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI 1.1. Các ñ c ñi m c a kênh truy n vô tuy n di ñ ng - Băng t n vô tuy n là tài nguyên h u h n, vì v y vi c ñưa ra các 1.1.1. T n hao ñư ng truy n và s suy gi m tín hi u bi n pháp ñ nâng cao hi u qu s d ng tài nguyên băng t n là m t 1.1.2. Fading v n ñ ñư c nhi u ngư i quan tâm. 1.1.3. Hi u ng Doppler - Phân t p anten là m t k thu t r t hi u qu trong vi c gi m nh 1.1.4. Tr i tr hư ng c a fading lên tín hi u, nâng cao ñ l i c a h th ng, c i thi n 1.2. Kênh truy n fading ch n l c t n s và kênh truy n fading ñáng k ch t lư ng tín hi u thu c a h th ng,…. D n ñ n vi c ng ph ng +∞ d ng mô hình phân t p anten vào h th ng MIMO - OFDM là hoàn R H (∆t , ∆f ) = ∫ R h ( ∆t ,τ ).e − j2πfτ dτ (1.11) −∞ toàn phù h p. Nghiên c u v các phương pháp phân t p anten thu trong h Ta s dùng công th c này ñ phân lo i kênh truy n ch n l c th ng MIMO – OFDM. Đưa ra các ưu như c ñi m c a t ng k thu t t n s (Fenquency Selective Fading) hay kênh truy n ph ng phân t p. Đó là cơ s ñ l a ch n 1 k thu t phân t p phù h p cho 1 (Frequency Nonselective Fading), kênh truy n bi n ñ i nhanh (Fast h th ng c th trên cơ s chính là d a vào t l l i bit BER cũng như Fading) hay bi n ñ i ch m (Slow Fading). ñ ph c t p v m t thi t k c a h th ng. N u ∆t = 0 ta có hàm tương quan ACF phân tán theo t n s , 6. C U TRÚC C A LU N VĂN mô t tương quan gi a các kho ng t n s ∆f c a kênh truy n: C u trúc lu n văn g m 4 chương như sau: +∞ Chương 1. Đ C TÍNH KÊNH TRUY N VÔ TUY N DI R H (∆f ) = R H (0, ∆f ) = ∫ R h (τ ).e − j2πfτ dτ (1.12) −∞ Đ NG Chương 2. K THU T OFDM VÀ H TH NG MIMO
7 8 M i kênh truy n ñ u có m t kho ng t n s (∆f)C mà t i ñó t th i gian truy n 1 symbol Tsymbol, thì kênh truy n ñó ñư c g i là s R H (∆f ) x p x 1. T c là ñáp ng c a kênh truy n xem là b ng kênh truy n ch n l c th i gian (time selective fading channel), hay R H (0) kênh truy n bi n ñ i nhanh (fast fading channel). Môi trư ng trong ph ng trong kho ng (∆f)C. nhà ít thay ñ i nên có th xem là slow fading, môi trư ng ngoài tr i Kho ng t n s (∆f)C này g i là Coherence Bandwith. thư ng xuyên thay ñ i nên ñư c xem là fast fading. Trong các cell di - N u kênh truy n có (∆f)C nh hơn nhi u so v i băng thông ñ ng, khi thuê bao MS (Mobile Station) di chuy n s liên t c làm c a tín hi u ñư c truy n, thì kênh truy n ñó ñư c g i là kênh truy n thay ñ i v trí gi a MS và tr m g c BS (Base Station) theo th i gian, ch n l c t n s (frequecy selective channel). Tín hi u truy n qua t c là ñ a hình thay ñ i liên t c. kênh truy n này s b méo nghiêm tr ng. T (1.11) n u ∆f = 0 ta có hàm tương quan ACF phân tán - N u kênh truy n có (∆f)C l n hơn nhi u so v i băng thông theo th i gian, mô t tương quan gi a các kho ng th i gian ∆t c a c a tín hi u ñư c truy n, thì kênh truy n ñó ñư c g i là kênh truy n kênh truy n: không ch n l c t n s (frequency nonselective channel) hay kênh +∞ truy n ph ng (flat channel). R H (∆t ) = R H (∆t ,0) = ∫R h (∆t ,τ )dτ (1.15) −∞ 1.3. Kênh truy n bi n ñ i nhanh và kênh truy n bi n ñ i ch m Ph công su t Doppler ñư c ñ nh nghĩa là bi n ñ i Fourier Kênh truy n vô tuy n s có ñáp ng t n s không ñ i theo c a RH(∆t): th i gian n u c u trúc c a kênh truy n không ñ i theo th i gian. Tuy +∞ nhiên m i kênh truy n ñ u bi n ñ i theo th i gian, do các v t th t o D H (f ) = ∫ R H (∆t ).e − j2πf∆t d∆t 1.16) −∞ nên kênh truy n luôn luôn bi n ñ i, luôn có v t th m i xu t hi n và +∞ ⇔ R H (∆t ) = ∫D (f ).e + j2πf∆t df (1.17) v t th cũ m t ñi, xe c luôn thay ñ i v n t c, nhà c a, công viên có −∞ H th ñư c xây d ng thêm hay b phá h y. M i kênh truy n ñ u có m t kho ng th i gian (∆t)C t i ñó Khái ni m kênh truy n ch n l c th i gian hay không ch n R H (∆t ) x p x 1. T c là ñáp ng c a kênh truy n ñư c xem là bi n l c th i gian ch mang tính tương ñ i, n u kênh truy n không thay R H (0) ñ i trong kho ng th i gian truy n m t kí t Tsymbol , thì kênh truy n ñ i không ñáng k trong kho ng (∆t)C. Kho ng th i gian (∆t)C này ñó ñư c g i là kênh truy n không ch n l c th i gian (time ñư c g i là Coherence time. nonselective fading channel) hay kênh truy n bi n ñ i ch m (slow - N u kênh truy n có (∆t)C nh hơn nhi u so v i chi u dài fading channel), ngư c l i n u kênh truy n bi n ñ i trong kho ng c a m t kí t TSymbol c a tín hi u ñư c truy n, thì kênh truy n ñó
9 10 ñư c g i là kênh truy n ch n l c th i gian (time selective channel) a. B chuy n ñ i n i ti p - song song và song song - n i ti p hay kênh truy n nhanh (fast channel). b. B Mapper và Demapper - N u kênh truy n có (∆t)C l n hơn nhi u so v i chi u dài c. B IFFT và FFT c a m t kí t TSymbol c a tín hi u ñư c truy n, thì kênh truy n ñó d. B Guard Interval Insertion và Guard Interval Removal ñư c g i là kênh truy n không ch n l c th i gian (time nonselective e. B bi n ñ i D/A và A/D channel) hay kênh truy n ch m (slow channel). 2.3. H th ng MIMO 1.4. Bi u di n kênh truy n có fading 2.3.1. Khái ni m h th ng MIMO 1.5. Bi u di n tín hi u OFDM qua kênh truy n 2.3.2. K thu t phân t p 1.5.1. Bi u di n tín hi u phát OFDM 2.3.3. Mô hình h th ng MIMO 1.5.2. Bi u di n tín hi u thu OFDM 2.3.4. Dung lư ng h th ng MIMO 1.6. K t lu n chương 2.4. K t lu n chương Chương 2: K THU T OFDM VÀ H TH NG MIMO Chương 3: NGHIÊN C U K THU T PHÂN T P 2.1. K thu t OFDM ANTEN THU NH M C I THI N CH T LƯ NG 2.1.1. S phát tri n c a k thu t OFDM TRONG H TH NG MIMO - OFDM a. K thu t ghép kênh phân chia theo t n s - FDM 3.1. Gi i thi u chương b. Truy n d n ña sóng mang MC 3.2. Các k thu t phân t p c. K thu t ghép kênh theo t n s tr c giao OFDM Có nhi u cách ñ ñ t ñư c phân t p. Phân t p th i gian có 2.1.2. Ưu ñi m và như c ñi m c a OFDM th thu ñư c qua mã hoá (coding) và xen kênh (interleaving), phân a. Ưu ñi m t p t n s có th thu ñư c n u ñ c tính c a kênh truy n là ch n l c b. Như c ñi m t n s , phân t p không gian s d ng nhi u anten phát ho c thu ñ t 2.2. Nguyên lý k thu t OFDM cách nhau v i kho ng cách ñ l n. 2.2.1. Cơ s toán h c c a OFDM 3.2.1. Phân t p th i gian 2.2.2. Bi u di n tín hi u OFDM K thu t phân t p th i gian là k thu t s d ng ñ i v i kênh 2.2.3. Mô hình h th ng OFDM truy n bi n ñ i theo th i gian, ñi u này thư ng x y ra ñ i các trư ng
11 12 h p máy thu hay máy phát ñang chuy n ñ ng tương ñ i v i nhau. Trong phân t p anten thu, nhi u anten ñư c s d ng nơi Lúc này các tín hi u mang cùng lo i thông tin s ñư c phát nhi u thu ñ nh n các phiên b n c a tín hi u phát m t cách ñ c l p. Các th i ñi m khác nhau ñ nh hư ng c a fading lên các tín hi u này s phiên b n c a tín hi u thu ñư c k t h p m t cách hoàn h o ñ tăng ñ c l p v i nhau v m t th i gian. SNR c a tín hi u thu và làm gi m b t nh hư ng c a hi u ng fading Phân t p theo th i gian có th thu ñư c qua mã hóa và xen ña ñư ng. kênh. 3.3. K thu t phân t p thu k t h p 3.2.2. Phân t p t n s 3.3.1. Mô hình h th ng Trong phân t p t n s , ngư i ta s d ng các thành ph n t n s khác nhau ñ phát cùng m t thông tin. Các t n s c n ñư c phân chia ñ ñ m b o các tín hi u truy n s b nh hư ng c a fading m t cách ñ c l p nhau. Kho ng cách gi a các t n s ph i l n hơn vài l n băng thông nh t quán ñ ñ m b o r ng fading trên các t n s khác nhau là không tương quan v i nhau. 3.2.3. Phân t p không gian Phân t p không gian ñư c s d ng ph bi n trong truy n thông vô tuy n. Phân t p không gian còn g i là phân t p anten mà h th ng MIMO là k thu t ñư c quan tâm nhi u nh t hi n nay. K thu t phân t p này s d ng nhi u anten ñư c s p x p trong không Hình 3.3. B k t h p tuy n tính g m M anten thu gian t i phía phát ho c phía thu ñ phát và thu tín hi u. Trong phân t p không gian, các phiên b n c a tín hi u phát Trong k thu t phân t p thu, các ñư ng truy n fading ñ c l p ñư c truy n ñ n nơi thu t o nên s dư th a trong mi n không gian. c a các anten thu ñư c liên k t v i nhau ñ ñ t tín hi u thu thông qua Không gi ng như phân t p th i gian và t n s , phân t p không gian b gi i ñi u ch tiêu chu n nh m làm gi m nh hư ng c a hi n tư ng không làm gi m hi u su t băng thông c a h th ng. Đây là ñ c tính fading. Vi c k t h p tín hi u thu có th ñư c th c hi n b ng nhi u r t quan tr ng trong các h th ng truy n thông không dây t c ñ cao cách khác nhau v i ñ ph c t p và hi u năng c a h th ng tương ng trong tương lai. cũng khác nhau. Tín hi u thu ñư c sau phân t p bao g m m t s k t
13 14 h p h p lý c a các phiên b n tín hi u khác nhau s ch u nh hư ng nh hư ng c a hi u ng fading lên m i ñư ng cũng như ph thu c fading ít nghiêm tr ng hơn so v i t ng phiên b n riêng l . vào k thu t phân t p thu k t h p. H u h t các k thu t k t h p ñ u là tuy n tính: ñ u ra là s Đ t Ag là ñ l i m ng, thì giá tr ñ l i này ñư c ñ nh nghĩa t ng h p tr ng s c a nh ng kênh truy n v i fading khác nhau. là s gia tăng c a SNR k t h p trung bình γΣ trên SNR trung bình N u t i b nhân ch có 1 thành ph n αi ≠ 0, thì t i ñ u ra b c a các nhánh γ : k t h p s ch có m t ñư ng tín hi u, nhưng khi có nhi u hơn 1 thành γΣ ph n αi ≠ 0, thì b k t h p s t ng h p các ñư ng tín hi u l i v i Ag = γ nhau, m i ñư ng s có m t giá tr tr ng s khác nhau. Vi c k t h p Hi u su t c a vi c phân t p không gian hay phân t p khác tín hi u t nhi u nhánh khác nhau yêu c u ph i có s ñ ng pha gi a ñ u ph thu c vào hai y u t là: Ps (xác su t l i trung bình) và Pout các nhánh. Pha θi trên nhánh th i s ñư c lo i b thông qua vi c nhân tín hi u trên nhánh th i v i tr ng s α i = ai .e − jθ ñ nh n ñư c i (xác su t h th ng không ho t ñ ng). Ps và Pout ñư c ñ nh nghĩa như giá tr th c ai. Đ phát hi n các tín hi u ñ ng pha ngư i ta dùng b sau: dò liên k t cho m i θi c a m i nhánh. N u không có s ñ ng pha thì - Xác su t l i trung bình c a h th ng: ∞ tín hi u không th c ng d n t i b k t h p, k t qu làm ñ u ra v n Ps = ∫ Ps .p γ Σ (γ )dγ (3.2) còn nh hư ng c a fading do vi c tăng cư ng ho c gi m b t các tín 0 hi u trong t t c các nhánh. Trong ñó: Ps (γ ) là xác su t l i ký t trong vi c gi i ñi u ch M c ñích chính c a vi c phân t p thu là k t h p các tín hi u tín hi u s(t) trong kênh AWGN v i SNR t i ngõ ra là γΣ. thu ch u nh hư ng c a các kênh fading ñ c l p làm gi m tác ñ ng c a fading lên tín hi u t ng h p thu ñư c. Tín hi u thu t i b k t h p - Xác su t h th ng không ho t ñ ng khi SNR ñ t ñư c t i g n ñúng v i tín hi u phát ban ñ u b ng cách nhân các giá tr biên ñ b thu nh hơn m c ngư ng yêu c u là: γ0 ph c ng u nhiên α Σ = ∑ a i ri .Giá tr biên ñ ph c ng u nhiên là k t i Pout = p(γ Σ ≤ γ 0 ) = ∫ pγ Σ (γ )dγ (3.3) qu c a giá tr SNR γ Σ t i ñ u ra c a b k t h p. Giá tr γ Σ là m t 0 V i γ 0 là giá tr SNR ngư ng. hàm ph thu c vào s lư ng ñư ng truy n phân t p, ph thu c vào
15 16 Vi c phân ph i γ Σ làm gi m Pout và Ps trong k thu t phân Trong phương pháp phân t p SC, tín hi u ngõ ra c a b k t t p k t h p giúp tăng hi u qu c a h th ng, ñư c g i là ñ l i phân h p có SNR chính là giá tr c c ñ i c a SNR trên t t c các nhánh. Vì t p. t i 1 th i ñi m ch có m t tín hi u c a m t nhánh ñư c ñưa vào x lý nên k thu t này không yêu c u s ñ ng pha gi a các nhánh. 3.3.2. K thu t phân t p thu l a ch n k t h p SC 3.3.2.1. Nguyên lý c a k thu t thu SC 3.3.2.2. Hi u su t c a h th ng SC jθ1 T s SNR thu ñư c t i b thu ñư c vi t: h1h==r1.ee j.θ 1 a1. 1 A2Eb γΣ = = max{γ 1 , γ 2 ,..., γ M } (3.9) h2 = a2.e jθ2 j .θ N0 h2 = r 2 .e 2 Đo SNR Giá tr trung bình c a SNR t i ñ u ra c a b k t h p thu ñư c v i M nhánh trong kênh fading Rayleigh là: Đo Gi i ∞ ∞ γ0 γ0 γM SNR = .ejθMj .θ M ñi u − − hhM = raM .e M M ch γ Σ = ∫ γpγ (γ )dγ = ∫ [1 − e γ ]M −1 e γ dγ = 0 Σ 0 γ Đo M 1 =γ∑ SNR i =1 i Hình 3.4. K thu t phân t p thu SC 3.3.3. K thu t phân t p thu TC K thu t phân t p thu SC ho t ñ ng trên nguyên t c l a ch n 3.3.3.1. Nguyên lý c a k thu t thu TC tín hi u có t s tín hi u trên nhi u SNR t t nh t trong s t t c các Nguyên lý c a k thu t phân t p thu TC g n gi ng v i k tín hi u nh n ñư c t các nhánh khác nhau r i ñưa vào x lý. Đi u thu t phân t p thu SC nhưng thay vì ñ t các b theo dõi SNR trên này tương ñương v i vi c ch n nhánh có giá tr r + N i cao nh t n u i 2 m i nhánh thì ta ch c n dùng m t b so sánh, r i th c hi n quét t t công su t nhi u Ni gi ng nhau cho t t c các nhánh. T i 1 th i ñi m c các nhánh theo th t , m c SNR ñ u tiên t i các nhánh s ñư c so ch có 1 nhánh ñư c s d ng nên phương pháp SC ch yêu c u máy sánh v i m c SNR ngư ng γ T , n u SNR nhánh nào l n hơn m c thu ñư c chuy n ñ n v trí anten tích c c (anten có tín hi u ñư c l a γ T này thì tín hi u nhánh ñó s ñư c ch n và ñưa vào x lý. Còn ch n). Tuy nhên, k thu t này ñòi h i trên m i nhánh c a máy thu m c SNR nhánh nào nh hơn m c γ T thì b qua. Vì k thu t này ph i có m t b theo dõi SNR ñ ng th i và liên t c.
17 18 cũng ch c n 1 nhánh ñư c ñưa vào x lý nên cũng không c n ñ n s t t t c các nhánh ñ ñưa vào x lý. M i tín hi u m i nhánh có ñ ng pha trong tín hi u thu. m t tr ng s αi ≠ 0 tương ng v i SNR c a nó, ñ ng th i tín hi u h1 = r1.ejθ1 trên m i nhánh ph i cùng pha v i nhau α i = a i .e − jθi v i θ i là pha trên nhánh th i. h2 = r2.ejθ2 B so sánh jθM SNR v i B gi i hM = rM.e ngư ng γT ñi u ch Hình 3.7. K thu t phân t p thu Threshold Combining Chú ý r ng 1 nhánh s ñư c l a ch n mãi cho ñ n khi nào SNR c a nhánh ñó th p hơn giá tr SNR m c ngư ng mà không c n quân tâm ñ n trư ng h p t i 1 th i ñi m nào ñó có th có 1 nhánh khác có SNR t t hơn. Hình 3.9. K thu t phân t p thu Maximal Ratio Combining 3.3.3.2. Hi u su t c a h th ng TC SNR t i ñ u ra c a b k t h p trong trư ng h p công su t Vì k thu t này ph thu c vào m c ngư ng ñ t ra trong b nhi u trên các nhánh như nhau là: M so sánh nên phương pháp có ñ l i phân t p th p. (∑ ai ri ) 2 r2 1 3.3.4. K thu t phân t p thu k t h p t l c c ñ i MRC γΣ = = . i =1 M (3.19) N tot N 0 ∑a 2 3.3.4.1. Nguyên lý c a k thu t MRC i i =1 Đ i v i k thu t phân t p SC và TC, tín hi u ngõ ra trên b M c ñích c a chúng ta là ph i ch n ñư c các giá tr αi sao k t h p chính là tín hi u trên m t nhánh riêng bi t nào ñó. K thu t MRC khác v i k thu t SC và TC, k thu t này s d ng tín hi u thu cho γ Σ ñ t giá tr l n nh t.
19 20 N u ta th c hi n t i ưu các tr ng s αi thì k t qu γ Σ s ñ t Anten 1 1 ñư c giá tr l n nh t. Vì ai t l thu n v i t s SNR trên các nhánh e-jθ ri2 a i2 = , s d ng ñ nh lý Cauchy-Schwarz ta có th thu g n bi u N0 Anten 2 2 e-jθ th c trên thành: M ri2 M γΣ = ∑ =∑ γ i (3.20) i =1 N 0 i=1 M Anten M e-jθ V y SNR c a ngõ ra b k t h p là t ng c a các SNR trên các nhánh thành ph n. SNR c a tín hi u thu ñư c s tăng tuy n tính theo s nhánh phân t p M. Đ ng pha 3.3.4.2. Hi u su t c a h th ng MRC Hình 3.12. K thu t phân t p thu Equal Gain Combining 3.3.5. K thu t phân t p thu k t h p cân b ng ñ l i EGC 3.3.5.1. Nguyên lý c a k thu t EGC T s SNR ñ u ra v i ñi u ki n công su t nhi u trên các Trong k thu t thu MRC thì yêu c u ph i bi t s bi n ñ i c a nhánh là như nhau ñư c xác ñ nh như sau: SNR trên t ng nhánh theo th i gian, tuy nhiên thông s này r t khó 2 1 M  ñ ño ñư c. Vì v y ñ ñơn gi n hóa k thu t MRC ngư i ta dùng k γΣ =  ∑ ri  (3.24) N 0 M  i=1  thu t phân t p thu EGC. V b n ch t, k thu t EGC cũng gi ng v i 3.3.5.2. Hi u su t c a h th ng EGC MRC, ñ u s d ng t t c tín hi u thu ñư c t i các nhánh ñ ñưa vào 3.4. K t lu n chương x lý, tuy nhiên tr ng s α i = a i e − jθi trong phương pháp MRC ñư c Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PH NG CÁC K THU T − jθ i thay th b ng tr ng s αi = e (ai = 1) t i t t c các nhánh trong PHÂN T P THU phương pháp EGC. 4.1. Gi i thi u chương 4.2. Lưu ñ thu t toán c a chương trình 4.2.1. Lưu ñ thu t toán th c hi n toàn b h th ng 4.2.2. Lưu ñ thu t toán phương pháp phân t p thu SC
21 22 a. Lưu ñ thu t toán Bi u ñ 4.2. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p b. K t qu thu ñư c t phương pháp phân t p thu SC: thu SC v i s lư ng anten thu thay ñ i t 1 ÷ 10. Bi u ñ 4.1. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p 4.2.3. Lưu ñ thu t toán phương pháp phân t p thu TC thu SC trong trư ng h p không phân t p và phân t p v i 2 anten thu. a. Lưu ñ thu t toán -1 10 b. K t qu thu ñư c t phương pháp phân t p thu TC No Diversity SC Nrx=2 Bi u ñ 4.4. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p -2 10 thu TC v i s lư ng 1 ÷ 2 anten thu. B it error rate (B E R ) -1 10 -3 No Diversity 10 TC Nrx=2 -4 10 -2 B it e rro r ra te (B E R ) 10 -5 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 SNR (dB) -3 10 Bi u ñ 4.2. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p thu SC v i s lư ng anten thu thay ñ i t 1 ÷ 6. -4 -1 10 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 No Diversity SNR (dB) -2 SC Nrx=2 10 SC Nrx=3 SC Nrx=4 Bi u ñ 4.5. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p -3 SC Nrx=5 Bit error rate (BER) 10 SC Nrx=6 thu TC v i s lư ng 1 ÷ 6 anten thu. -4 10 Bi u ñ 4.6. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p -5 10 thu TC v i s lư ng 1 ÷ 10 anten thu. -6 10 4.2.4. Lưu ñ thu t toán phương pháp phân t p thu MRC -7 10 a. Lưu ñ thu t toán 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 SNR (dB) b. K t qu thu ñư c t phương pháp phân t p thu MRC
23 24 Bi u ñ 4.7. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p Bi u ñ 4.10. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p thu MRC v i s lư ng t 1 ÷ 2 anten thu. thu EGC v i s lư ng 1 ÷ 2 anten thu. -1 -1 10 10 No Diversity No Diversity EGC Nrx=2 MRC Nrx=2 -2 -2 10 10 B it error rate (B E R) B it e rro r ra te (B E R ) -3 -3 10 10 -4 -4 10 10 -5 10 -5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 SNR (dB) -6 Bi u ñ 4.11. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 thu EGC v i s lư ng 1 ÷ 6 anten thu. SNR (dB) 4.3. K t qu ñánh giá t ng h p các k thu t phân t p thu Bi u ñ 4.8. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p Ta s mô ph ng t l BER theo các k thu t phân t p khác thu MRC v i s lư ng t 1 ÷ 6 anten thu. nhau khi s anten thu N_Rx thay ñ i. Bi u ñ 4.9. K t qu mô ph ng c a phương pháp phân t p Bi u ñ 4.13. Đ c i thi n t l l i bit BER ñ i v i các k thu MRC v i s lư ng t 1 ÷ 10 anten thu. thu t phân t p thu khác nhau khi s anten thu N_Rx = 2. 4.2.5. Lưu ñ thu t toán phương pháp phân t p thu EGC a. Lưu ñ thu t toán -1 10 b. K t qu thu ñư c t phương pháp phân t p thu EGC -2 10 Bit error rate (BER) -3 10 -4 10 -5 10 MRC Bloc-fading -6 10 SC Block-fading EGC Block-fading TC Block-fading -7 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 SNR (dB)
25 26 Bi u ñ 4.14. Đ c i thi n t l l i bit BER ñ i v i các k ph c t p v m t thi t k h th ng và kh năng x lý tín hi u c a h thu t phân t p thu khác nhau khi s anten thu N_Rx = 4. th ng tăng. Lu n văn cũng ñã ñưa ra k t qu mô ph ng ñ so sánh các k -1 10 thu t phân t p anten thu khác nhau khi chúng s d ng cùng s anten -2 10 thu. Qua k t qu mô ph ng ta th y phương pháp phân t p SC và EGC có ñ c i thi n BER tương ñ i t t và h th ng tương ñ i ñơn gi n v Bit error rate (BER) -3 10 -4 m t thi t k . Phương pháp MRC m c dù có ñ c i thi n BER cao 10 nh t nhưng ñ ph c t p c a h th ng quá cao. Còn phương pháp -5 10 phân t p TC thì h th ng thi t k ñơn gi n nhưng BER quá cao MRC Bloc-fading -6 10 SC Block-fading EGC Block-fading không th ñáp ng ñư c yêu c u v m t ñ m b o ch t lư ng c a h TC Block-fading -7 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 th ng. SNR (dB) 2. Hư ng phát tri n ñ tài 4.4. K t lu n chương Lu n văn chưa mô ph ng ñư c các k thu t phân t p anten thu trong các kênh truy n fading bi n ñ i nhanh, nghĩa là chưa mô K T LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI ph ng ñư c ñ y ñ các thông s c a 1 kênh truy n th c t tác ñ ng lên h th ng, chưa xét ñư c nh hư ng c a các thông s c a anten 1. K t lu n lên h th ng, chưa xét ñ n nh hư ng c a các phương th c ñi u ch , Lu n văn ñã ñưa ra ñư c các ưu ñi m và như c ñi m c a kích thư c c a phép bi n ñ i FFT… t ng k thu t phân t p và ñi sâu nghiên c u k thu t phân t p anten Trên cơ s ñã tìm hi u lý thuy t v các k thu t phân t p thu trong kênh truy n fading ph ng. Lu n văn t p trung nghiên c u anten, hư ng phát tri n c a ñ tài ñư c ñ xu t như sau: và mô ph ng 4 k thu t phân t p anten thu cũng như nêu ra ñư c các - Nghiên c u các k thu t phân t p anten thu trong kênh ưu ñi m và như c ñi m c a t ng k thu t phân t p anten thu. Đ ng truy n fading bi n ñ i nhanh (fast fading). th i cũng ñưa ra các ki n ngh v s lư ng anten c n ph i ñư c s - Nghiên c u các k thu t phân t p anten thu k t h p v i k d ng trong h th ng ñ ñ t các yêu c u mà h th ng ph i ñáp ng vì thu t phân t p anten phát trong kênh truy n fading bi n ñ i nhanh. chúng ta bi t r ng khi s lư ng anten tăng lên càng nhi u thì t l l i bit BER càng ñư c c i thi n không ñáng k nhưng bù vào ñó là ñ