Đồ Án Nghiên cứu đánh giá các kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính và phi tuyến trong hệ thống MU MIMO

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, hệ thống truyền thông vô tuyến ngày càng phát triển mạnh mẽ. Vì vậy, nhu cầu về phổ tần là rất lớn, mà yếu tố để mở rộng phổ tần lại rất hạn chế và có chi phí cao. Vì vậy, việc sử dụng phổ tần một cách hiệu quả là rất cần thiết. Bêncạnh đó fading luôn luôn là vấn đề gây khó khăn cho các nhà thiết kế hệ thống.Các môi trường nhiều tán xạ, nếu chúng ta sử dụng các hệ thống nhiều anten thay vì các hệ thống đơn anten thì hiệu suất phổ sẽ tăng rất lớn, và dung năng của kênh vô tuyến có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các mảng anten tại cả nơi phát và nơi thu. Hệ thống MIMO (Multiple Input, Multiple Output) có thể cung cấp dung năng cao cho các hệ thống không dây. MIMO đã được ứng dụng trong nhiều các chuẩn mạng không dây hiện tại và tương lai như WIMAX, 3GPP, WDCMA2000, 3GPP LTE, 4G
Các hệ thống MIMO đơn người dùng đã được tìm hiểu rất nhiều và không thể phủ nhận những ưu điểm mà nó mang lại cho hệ thống truyền thông không dây. Hiện nay, các nghiên cứu cũng như việc áp dụng MIMO đang dành sự quan tâm nhiều đến hệ thống MIMO đa người dùng vì những ưu điểm của nó vượt trội hơn hẳn so với hệ thống MIMO đơn người dùng. MIMO đa người dùng sử dụng đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA) khác với đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Nhưng một vấn đề đặt ra là nhiễu giao thoa giữa những người dùng với nhau, nên phải có các kỹ thuật tiền xử lý tín hiệu để mỗi người dùng có thể nhận được dữ liệu chính xác của nó. Trong đồ án này tập trung đánh giá so sánh hai kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính là Channel Inversion và Regularized channel inversion và hai kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến tính là DPC và THP.
Đồ án được chia làm 4 chương như sau :
CHƯƠNG 1 : HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN MIMO
CHƯƠNG 3 : CÁC KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MU MIMO
CHƯƠNG 4 : SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN MÃ HÓA TRONG KÊNH QUẢNG BÁ
Trong đồ án này dựa trên các lý thuyết đã phân tích, chúng ta sẽ kiểm chứng lại kết quả mô phỏng trên Matlab. Từ đó chúng ta rút ra kết luận về đặc điểm của từng phương pháp,và so sánh hai phương pháp tuyến tính với nhau và hai phương pháp phi tuyến với nhau.
Dĩ nhiên luận văn này không tránh khỏi những sai sót. Do đó, em rất mong được tiếp thu những ý kiến đánh giá quý báu của các thầy cô và các bạn để em có thể rút kinh nghiệm và hoàn chỉnh hơn về đề tài này.
Note: Bản full đồ án tốt nghiệp ĐH gồm có các file ( Lý Thuyết ĐA + Slide BV + Code Matlab ) ./
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
LỜI MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 11
1.1 Giới thiệu chương. 11
1.2 Lịch sử phát triển các hệ thống thông tin di động. 11
1.2.1 Hệ thống di động thứ nhất (1G). 12
1.2.2 Thế hệ di động thứ 2 (2G). 12
1.2.3 Thế hệ di động thứ 3 (3G). 13
1.2.4 Thế hệ di động thứ 4 (4G). 14
1.3 Các đặc tính lan truyền của các kênh thông tin di động. 15
1.3.1 Suy hao đường truyền. 15
1.3.2 Hiện tượng shadowing. 15
1.3.3 Hiện tượng multipath fading. 16
1.3.4 Kênh truyền fading chọn lọc tần số và kênh truyền fading phẳng. 17
1.3.5 Kênh truyền biến đổi nhanh và kênh truyền biến đổi chậm 18
1.4 Nhiễu AWGN 19
1.5 Nhiễu ISI, ICI và nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference). 20
1.5.1 Nhiễu ISI 20
1.5.2 Nhiễu ICI 21
1.5.3 Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference). 21
1.6 Các phương pháp điều chế tín hiệu. 22
1.6.1 Điều chế QPSK 22
1.6.2 Điều chế cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation). 24
1.7 Kết luận chương. 26
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG KÊNH TRUYỀN MIMO 27
2.1 Giới thiệu chương. 27
2.2 Tổng quan về hệ thống MIMO 27
2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống MIMO 29
2.4 Truyền thông qua kênh truyền MIMO 31
2.5 Kỹ thuật phân tập. 31
2.5.1 Phân tập không gian. 32
2.5.2 Phân tập tần số. 33
2.5.3 Phân tập thời gian. 34
2.6 Mô hình kênh truyền MIMO 35
2.7 Dung lượng hệ thống MIMO 35
2.7.1 Dung lượng kênh MIMO trên kênh cố định. 35
2.7.2 Dung lượng của kênh MIMO trên kênh pha đinh Rayleigh. 39
2.8 Kết luận chương. 42
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN MÃ HÓA TRONG HỆ THỐNG MU MIMO 43
3.1 Giới thiệu chương. 43
3.2 Mô hình toán học cho hệ thống multi-user MIMO 43
3.3 Các phương pháp truyền trong BC 45
3.3.1 Chanel Inversion. 47
3.3.2 Dirty Paper Coding Techniques. 49
3.3.3 Kỹ thuật tiền mã hóa Tomlinson-Harashima. 53
3.4 Kết luận chương. 57
CHƯƠNG 4: SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN MÃ HÓA TRONG KÊNH QUẢNG BÁ 58
4.1 Giới thiệu chương. 58
4.2 So sánh hệ thống MU MIMO sử dụng phương pháp CI và RCI 58
4.2.1 Sơ đồ khối quá trình mô phỏng hệ thống MU MIMO 58
4.2.2 Kết quả mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB 61
4.2.2.1 Mô phỏng hệ thống MU MIMO sử dụng hai phương pháp CI và RCI 61
4.2.2.2 Mô phỏng hệ thống MU MIMO sử dụng CI và RCI kết hợp thuật toán lựa chọn người dùng 62
4.2.2.3 Mô phỏng hệ thống MU MIMO sử dụng CI và RCI dùng điều chế 16, 64 QAM . 64
4.3 So sánh hệ thống MU MIMO sử dụng phương pháp DPC và THP. 66
4.3.1 Sơ đồ khối cho quá trình mô phỏng hệ thống MU MIMO 66
4.3.2 Kết quả mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB 68
4.3.2.1 Kết quả mô phỏng hệ thống sử dụng hai phương pháp DPC và THP. 68
4.3.2.2 Mô phỏng hệ thống MU MIMO sử dụng hai phương pháp DPC và THP kết hợp thuật toán lựa chọn người dùng. 69
4.3.2.3 Mô phỏng hệ thống MU MIMO sử dụng hai phương pháp DPC và THP dùng điều chế 16QAM 70
4.4 Kết luận chương. 72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
PHỤ LỤC 76