Đồ Án Nghiên cứu, mô phỏng một số kỹ thuật sử dụng trong hệ thống MIMO

Lời nói đầu
Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào thương mại hóa rộng rãi từ vài năm trước. Hiện nay, công nghệ di động sau 3G đang được các tổ chức đặc biệt là 3GPP quan tâm nghiên cứu và triển khai trên thế giới. Tại Việt Nam, sự kiện Viettel Telecom thử nghiệm thành công mạng 4G LTE ngày 12/5/2011, vừa qua với tốc độ lên tới 75Mbps đã khởi đầu cho cuộc chạy đua tiến lên 4G giữa các nhà mạng. Tuy nhiên, để đáp ứng những yêu cầu cao về tốc độ và chất lượng đó, các thế hệ mạng sau 3G phải có những cải tiến về mặt kỹ thuật so với các thế hệ trước đó. Một trong những kỹ thuật đã, đang và sẽ tiếp tục được quan tâm nghiên cứu, triển khai ứng dụng là kỹ thuật đa anten (MIMO-Multiple Input Multiple Output).
Kỹ thuật MIMO rất có triển vọng trong các hệ thống di động thế hệ sau. Bởi lẽ, nó không chỉ cho phép đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn mà còn có tính khả thi về phần cứng và phần mềm do sự tiến bộ của các công nghệ xử lý tín hiệu số DSP và biến đổi tương tự số ADC tốc độ cao. Thực tế hiện nay, MIMO đã được áp dụng rộng rãi cho các mạng truy nhập gói tốc độ cao (HSPA), 4G LTE, các mạng cục bộ không dây (WLAN)
Với mục đích tìm hiểu về kỹ thuật MIMO để đánh giá tính ưu việt của nó so với các hệ thống đơn anten (SISO-Single Input Single Output) truyền thống, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, mô phỏng một số kỹ thuật sử dụng trong hệ thống MIMO”.
Do nhiều mặt hạn chế, đồng thời trong quá trình tìm hiểu, cách nhìn nhận vấn đề còn mang tính chủ quan nên đề tài không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn.
Trong quá trình học tập và thực hiện đồ án này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ các thầy cô trong Viện Điện tử Viễn thông - Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, bạn bè cùng lớp và đặc biệt là TS. Nguyễn Thành Chuyên. Vì vậy, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô, gia đình và các bạn.

Mục lục
Lời nói đầu . 6
Chương 1: Tổng quan về kênh vô tuyến và hệ thống MIMO . 7
1.1 Giới thiệu . 7
1.2 Các đặc tính chính của kênh truyền vô tuyến . 7
1.2.1 Tài nguyên vô tuyến . 7
1.2.2 Các loại nhiễu 7
1.2.3 Fading 8
1.3 Các phương pháp tối ưu kênh truyền 9
1.3.1 Kỹ thuật phân tập . 9
1.3.2 Kỹ thuật ghép kênh 11
1.4 Tổng quan về MIMO . 12
1.4.1 Cấu hình đa anten 13
1.4.2 Lợi ích của việc sử dụng MIMO 13
1.5 Kết luận chương . 14
Chương 2: MIMO và các kĩ thuật xử lí tín hiệu 15
2.1 Giới thiệu . 15
2.2 Mô hình kênh MIMO . 15
2.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống MIMO 15
2.4 Hệ thống SIMO 16
2.4.1 Giới thiệu . 16
2.4.2 Chức năng và ưu điểm . 16
2.4.3 Mô hình hệ thống SIMO . 17
2.4.4 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống SIMO 17
2.4.5 Hệ thống SIMO với kĩ thuật kết hợp lựa chọn (SC) . 17
2.4.6 Hệ thống SIMO và kĩ thuật kết hợp tỉ lệ tối đa (MRC) 20
2.4.7 Hệ thống SIMO và phương pháp kết hợp cùng độ lợi (EGC) . 23
2.4.8 Dung lượng hệ thống SIMO . 23
2.5 Hệ thống MISO 24
2.5.1 Phân tập phát không gian thời gian 24
2.5.2 Trường hợp kênh MISO 2x1 25
2.5.3 Dung lượng hệ thống MISO . 27
2
2.5.4 Ưu điểm của hệ thống MISO . 27
2.6 Hệ thống MIMO . 28
2.6.1 Khái quát 28
2.6.2 Dung lượng hệ thống MIMO . 28
2.6.3 Mã hóa không gian thời gian khối STBC MIMO_Alamouti 29
2.6.4 Kiến trúc MIMO_VBLAST . 32
2.7 Kết luận . 35
Chương 3: Mô phỏng một số kĩ thuật sử dụng trong hệ thống MIMO . 36
3.1 Lý thuyết mô phỏng 36
3.1.1. Vai trò của mô phỏng 36
3.1.2 Xây dựng mô hình mô phỏng 37
3.1.3 Các tham số đánh giá hệ thống . 37
3.2 Mô phỏng . 38
3.2.1 Hệ thống SIMO 38
3.2.2 Hệ thống MISO alamouti . 44
3.2.3 Hệ thống MIMO alamouti 2x2 . 47
4.3 Kết luận chương 48
Chương 4: kĩ thuật OFDM trong hệ thống MIMO Alamouti 50
4.1 Kĩ thuật OFDM . 50
4.1.1 giới thiệu,lịch sử phát triển 50
4.1.2 Tính chất trực giao của sóng mang . 51
4.1.3 Kĩ thuật cơ bản trong OFDM 53
4.1.4 Nguyên lí hoat động máy thu và phát OFDM 58
4.1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống OFDM 60
4.1.6 Kết luận 61
4.2 Kĩ thuật MIMO_OFDM Alamouti 61
4.3 Mô phỏng hệ thống MIMO_OFDM Alamouti . 65
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài . 71
1. Kết luận 71
2. Hướng phát triển đề tài 71