Đồ Án Nghiên cứu kỹ thuật tiền mã hóa zero-forcing trong hệ thống mimo – ofdm đa người dùng di dộng

LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một nghành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác dịch vụ. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thứ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba với công nghệ tiêu biểu như WCDMA hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người sử dụng,
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thể hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển không ngừng nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và có thể sẽ trỡ thành chuẩn di động 4G trong tương lai, đó là LTE ( Long Term Evolution ). Các cuộc thử nghiệm và trình diển này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thương mại hóa LTE đã đến rất gần. Với LTE, người sử dụng có thể truy cập tất cả các dịch vụ thoại thấy hình, chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu vv với một tốc độ siêu tốc. Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ 3 ( 3G ) và mạng di động thế hệ thứ tư ( 4G ).
Xuất phát từ những mục tiêu muốn cải thiện khả năng nhận tín hiệu của máy thu, cải thiện hiệu suất sử dụng, dung lượng đường xuống của hệ thống, vì vậy em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TIỀN MÃ HÓA ZERO – FORCING TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM ĐA NGƯỜI DÙNG DI ĐỘNG”.
Để thực hiện đề tài em đã tìm hiểu về phương pháp tiền mã hóa zero-forcing, ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu phát, tìm hiểu về tổng quan hệ thống MIMO-OFDM và viết code bằng phần mềm Matlap để khảo sát dung lượng đường xuống của LTE khi có ảnh hưởng các thông số: số anten phát, số user được sử dụng, vận tốc của user di chuyển, ảnh kênh truyền biến đổi theo thời gian.
Đề tài của em bao gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống OFDM
Chương 2: Ứng dụng kỹ thuật của OFDM trong LTE
Chương 3: Kỹ thuật tiền mã hóa Zero-Forcing trong SDMA
Chương 4: Mô phỏng tiền mã hóa Zero – Forcing trong hệ thống MIMO
Do đây là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của mình nên đồ án này vẫn chưa đề cập hết các vấn đề và không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong được sự góp ý kiến của quí thầy cô và các bạn.
note : có đính kèm bản thuyết trình bằng Point ( slide bao ve )./MỤC LỤC . 3LỜI MỞ ĐẦU 6
DANH MỤC VIẾT TẮT 8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OFDM . 9
1.1. Giới thiệu chương . 9
1.2. Các nguyên lý cơ bản của OFDM . 9
1.3. Đơn sóng mang (Single Carrier) . 13
1.4. Đa sóng mang (Multi-Carrier) 14
1.5. Sự trực giao (Orthogonal) 16
1.6. Mô tả toán học OFDM . 17
1.7. Các kỷ thuật điều chế trong OFDM . 20
1.7.1. Điều chế BPSK 20
1.7.2 Điều chế QPSK . 21
1.7.3 Điều chế QAM 23
1.7.4 Mã Gray 25
1.8. Các đặc tính của OFDM . 26
1.8.1. Ưu điểm 26
1.8.2. Nhược điểm . 27
1.9. Kết luận chương 27
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG LTE . 28
2.1. Giới thiệu chương . 28
2.2. Giới thiệu về công nghệ LTE 28
2.3. Xu thế phát triển của LTE . 29
2.4. Kiến trúc miền thời gian toàn phần 29
2.5. Đương xuống của của LTE 31
2.5.1. OFDMA . 31
2.5.2. Tham số OFDMA . 33
2.5.3. Dữ liệu truyền đường xuống . 35
2.6. Đường lên của LTE . 36
2.7. Khái niệm về hệ thống MIMO 382.8. Mô hình hệ thống MIMO . 38
2.9. Mô hình kênh truyền trong hệ thống thông tin không dây . 40
2.10. Kết luận chương 44
Chương 3: Kỹ Thuật Tiền Mã Hóa Zero – Forcing Trong SDMA . 45
3.1 Giới thiệu chương 45
3.2. Giới thiệu về SDMA . 45
3.3. Smart antennas and beamforming 46
3.4. Ước lượng SINR trong SDMA . 48
3.5. Kỹ thuật precoding . 50
3.5.1. Giới thiệu về Precoding 50
3.5.2. Zero-forcing pecoding ( ZF precoding ) . 53
3.5.2.1 Giới thiệu kỹ thuật ZF precoding 53
3.5.2.2. Xây dựng kỹ thuật ZF precoding 54
3.5.2.2.1. Mô hình tín hiệu phát . 54
3.5.2.2.2. Mô hình lựa chọn kênh truyền 54
3.5.2.2.3. Mô hình tín hiệu nhận 55
3.5.2.2.4. Thuật toán Zero-forcing precoding 55
3.5.2.2.5. Thuật toán Greedy Scheduling 56
3.6. Kết luận chương 57
Chương4: KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA ZERO-FORCING TRONG HỆ THỐNG MIMO 58
4.1 Giới thiệu chương 58
4.2. Lưu đồ thuật toán . 58
4.2.1. Lưu đồ thuật toán chương trình chính 58
4.2.2. Lưu đồ thuật toán tạo ma trận cở sở 60
4.2.3. Lưu đồ thuật toán tạo kênh truyền fading 60
4.2.4. Lưu đồ thuật toán lựa chọn user và tính toán Sum-rate . 62
4.3. Kết quả mô phỏng 63
4.3.1. Khảo sát sum-rate khi thay đổi số user với user di chuyển với vận tốc 100 km/h và 400 km/h 63
4.3.2. Khảo sát thay đổi Sum – rate khi số anten phát thay đổi . 64
4.3.3. Khảo sát sum-rate theo số DPS – BEM và với user thay đổi với vận tốc 100km/h và 400km/h. 65
4.3.4. Khảo sát theo sự thay đổi vận tốc user . 66
4.4. Kết luận chương 67
4.5. Hướng phát triển đề tài 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 69
PHỤ LỤC . 70