Luận Văn Kỹ thuật MIMO-OFDM và đánh giá chất lượng hệ thống

LỜI NÓI ĐẦU
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, WIMAX. 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, chất lượng dịch vụ
Trong đó OFDM và MIMO là hai kỹ thuật mới nhất đang được đưa vào thử nghiệm và tiếp tục nghiên cứu trong hiện tại và tương lai. 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 thì đã 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. Còn MIMO là một kỹ thuật mới nên vẫn còn đang trong quá trình thử nghiệm và nghiên cứu.
Tuy nhiên, hiện nay người ta đã kết hợp hai kỹ thuật MIMO và OFDM vào một số mô hình như là WiMax, VoWifi trong các tiêu chuẩn 802.16, 802.11n, đã đem lại các kết quả cao trong thực tế.
Nội dung đồ án này trình bày tổng quan về hệ thống MIMO-OFDM, trong đó sẽ tập trung vào mô hình STBC-OFDM.
Nội dung đồ án chia làm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật MIMO-OFDM và hệ thống thông tin di động.
Chương 2: Kỹ thuật OFDM.
Chương 3: Kỹ thuật MIMO.
Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM.
Chương 5: Mô phỏng hệ thống MIMO-OFDM và đánh giá chất lượng hệ thống.
Để đánh giá chất lượng của các hệ thống, trong đồ án đã đi sâu phân tích từng thành phần của các kỹ thuật, tổng hợp các lí thuyết và các bài báo cáo khoa học về đề tài liên quan. Sau cùng là thực hiện mô phỏng với các thông số về hệ thống, môi trường truyền gần thực tế nhất để kiểm định lại phần lí thuyết cũng như so sánh chất lượng giữa các hệ thống.
Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không thể tránh được sai sót, em mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Minh Hưng, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đề tài này.
Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong khoa, anh chị khóa trên, bạn bè đã hỗ trợ tài liệu, động viên để em thực hiện tốt đồ án này.

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.