Luận văn thuật toán Đa truy nhập cho mạng thông tin di Động sử dụng công nghệ mimo ofdma

LOI NOI DAU Hiện nay nhu cẩu vẻ thông tín vô tuyển trên toàn cầu đang có xu hướng tăng rất nhanh như các hệ thống thông tin di động tế bảo, internet vả các dịch vụ đa phương tiên khác k

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG BAI TIOC BACT KTIOA ITA NOL

`

LÊ ĐÌNH TRƯỜNG

'THUẬT TOÁN ĐA TRUY NHẬP CHO MẠNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MIMO-OFDMA

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Diện Tử

LUAN VAN THAC SY KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỦ VIỄN TIÔNG NGUGLHUGNG DAN: PGS.TS NGUYÊN VĂN ĐỨC

TIÀ NỘI - 10/2010

Trang 2

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan Luận Văn Thạc sỹ Khoa học nảy là do tôi nghiên cửu vả thực

hiện đưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Văn Đức Các kết quả tham khảo từ

các nguồn tải liêu cũng như các công trình nghiên cứu khoa học khác được trích dẫn

đây đủ Nếu có gỉ sai phạm vẻ bản quyền, tôi xin hoàn toản chịu trách nhiệm trước

Trang 3

MUC LUC

LÊ GAM ĐỒ AÑ na nung tonggga ta gö gái 20 88g

DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT, st01terrrrre

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHUONG 1: HE THONG MIM©

1.1 Kênh MIMO Qe ccssessissseessssnsneeentsesssssnsecevee

1.2 Các Kỹ thuật phân tập tỉn hiệu 2

1.2.1 Phân tập tần số

1.2.2 Phân tập thời gian

1.2.3 Phân tập không gian

1.5.3 Mã hóa không gian -thời gian lớp BLAST

CHƯƠNG 2 : HỆ THÔNG MIMO-OFDM

2.1 Hệ thống MIMO -OFDM

2.1.1 Mô hình hệ thông MIMO -OFDM

2.1.2 M6 hinh hé thong MIMO-OFDM Alamouti

3.2 Dung lượng của hệ thông MIMO ~ OEDM

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP CHO HỆ THONG

Trang 4

DANH MUC TU VIET TAT

1 3GPP 3rd Generation Partnership Project

2 [ADC analog-to-digital converter

3_ | AWGN Additive White Gaussian Noise

4_|BER Bit Error Rate

5_| BLAST Bell-Laboratories Layered Space-Time Code

6 | BPF Band Pass Filter

7 |BPSK Binary Phase Shift Keying

8 | BTS Base transceiver station

9 | CDMA Code Division Multiplexing Access

10 | CSMA Camier Sense Multiple Access

II |CSI Channel State Information

12 | CSMA Carer Sense Multiple Access

Diagonal- Bell-Laboratories Layered Space-Time

13_| D- BLAST Code

14 | DẠC Digital-to-analog converter

15 |DCA Dynamic Channel Allocation

lá | DFT Discrete Fourier Transform

17 |FDMA Frequency Division Multiplexing Access

18 | FFT Fast Fourier Transform

19_ | GSM Global System for Mobile Communications

20 | HiperLAN2 High Performance Radio Local Area Network Type 2

21 |ICI Inter Carrier Interference

22 |IDFT Inverse Discrete Fourier Transform

24 |IFFT Inverse Fast Fourier Transform

25 |IP Internet Protocol

26 | ISI InterSymbol Interference

27 | MIMO Multiple Input Muliple Output

28_ | MISO Multiple Input single Output

29 |MMSE Minimum Mean Sqare Error

30_| MMSE-IC MMSE-Interference Cancellation

31_ | MS Mobile Station

32 |NLOS Non Light Of Sight

33_ | OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

34_ | OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access

Lê Đình Trưởng - Lớp KT Điện Tử 16a 2008-2010 Trang 4

Trang 5

LOI NOI DAU

Hiện nay nhu cẩu vẻ thông tín vô tuyển trên toàn cầu đang có xu hướng tăng

rất nhanh như các hệ thống thông tin di động tế bảo, internet vả các dịch vụ đa

phương tiên khác kéo theo các yêu cầu về dung lượng hệ thống phải cần được cải

thiện Trong khi đó, sự giới hạn vẻ phỏ tần số như đang chóng lại trảo lưu trên, không đủ khả năng để đáp ứng được như cầu ngảy cảng lớn Song song với việc tiếp tục triển khai các địch vụ thỏng tin không dây thể hệ thử 3 (3G), các hệ thông thông tin không dây thể hệ thứ 4 (4G) cũng đã và đang được nhận dạng vả thiết kế

Các chuẩn 4G và cả các bộ tiêu chuẩn 3G (3GPP và 3GPP2) đều chỉ ra công, nghệ đa truy cập phân chúa tân số trực giao (OEDMA) lả lựa chọn tôi tru cho công,

nghệ truyền dẫn lớp vật lý với hai ưu điểm chính của bản thân công nghệ này là

nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tân số và tránh nhiều phân tập đa đường Một tru

điểm nổi bật khác của OFDMA là khả năng kết hợp với kỹ thuật xứ lý tín hiệu đa anten phat va thu (MIMO) cho phép cải thiện dung lượng của hệ thông Sự kết hop của hai kỹ thuật nảy đã và đang dành được nhiều sự quan tầm của các nhà nghiên cửu và được đánh giá lả xu hướng chủ đạo cho các hệ thông đữ liệu tốc độ cao trong, tương lai

Hiện tại hệ thông 3G đã và đang triển khai mạnh mẽ trên thẻ giới, ở Việt Nam hệ

thống 3G đã triển khai vả đã cung cấp các dịch vụ, xu hưởng chung của con người

lả tiếp tục phát lên hệ thông cỏ dụng lượng cao hơn nữa chỉnh vi thế hệ thông 4G sẽ

là tất yêu trong tương lai, do vậy sau thời gian nghiên cứu vả được PGS.TS Nguyễn

'Văn Đức hướng dẫn em chọn đề tải

Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Văn Đúc đã tận tỉnh hướng dẫn và

giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Trang 6

LOI NOI DAU

Trang 7

13_| D- BLAST Code

Trang 8

LOI NOI DAU

Trang 9

3.1 Công nghệ đa truy cấp OFDMA

3.3 Thuật toán cấp phát kênh đông cho hệ thống MIMO-OEDMA 54

CHUONG 4 KET QUA MO PHONG THUAT TOAN CAP PHAT KENH DONG

4.3 Với tnrong hop str dung m6 hinh kénh Monte Carlo hoac Rayleigh cho cả hai

4.4 Nhân xét thuật toán và kết luận co

Trang 10

Hình 1.1 Hinh trực quan của một hệ thông MIMO

Hình 1.2 Mô hình kênh MIMO vô tuyền [2]

Hình 1.3 Phân tập theo thời gian

Hinh 1.4 Các phương pháp phân tập ascent

Hình 1.5 Mô hình tương đương của kênh truyền SISO [2]

Hình 1.6 Mô hình tương đương của kênh truyền MISO [2]

Hình 1.7 Mô hình tương đương của kênh truyền SIMO [2]

Hình 1.8 Dung lượng kênh MIMO pha dinh Rayleigh [2]

Hinh 1.9 So d6 Alamouti 2 anten phat va 1 anten thu [7]

Hinh 1.10, Cac symbol phat va thu trong sơ đỗ Alamouti [7]

Hinh 1.11 Alamouti 2 anten phát và M anten thu [7]

Hình 1.12 Sơ đồ mã lưới

Hình 1.13 Bộ mã lưới k= 1, K= 3 vàn =2

Hình 1.14 Lưới mã và sơ đỏ trạng thái với k= 1, K =3 và n=

Hình 2.1 Sơ đồ khỏi hệ thông MIMO -OFPM [16]

Hình 2.2 Sơ đỏ khỏi bộ phát OFDM [16]

Hinh 2.3 Sơ đỏ khỏi bộ thu OFDM [16]

Hình 2.4 Ma trận kênh truyền [7]

Hinh 2.5 May phat MIMO-OFDM Alamouti [2]

Hinh 2.6 May thu MIMO -OFDM Alamouti [2]

Hình 2.7 Máy phát MIMO -OFDM VBLAST [15) 5-5-5522

Hình 2.8 máy thu MIMO -OFDM VBLAST [15]

Hinh 3.1 OFDM va OFDMA [9]

Hình 3.2 Ví dụ của biểu đỗ tân só, thời gian với OFDMA [9]

250

Hình 3.3 Biểu đỗ tân số thời gian với 3 người dùng nhảy tân a, b, e đêu có 1 bước

nhảy với 4 khe thời gian [9] 51

Lé Dinh Truong — Lop KT Điện Tir 2 — Khoa 2008-2010 Trang 6

Trang 11

Hình 3.4 6 mẫu nhảy tân trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau [9] 52 Hình 3.5 Tổng quan hệ thông sử dụng OFDMA [9] - oe Hình 3.6 Mẫu tin hiệu dẫn đường trong OEDMA [9]

Hình 4.1 Kết quả mô phỏng cho mô hình kênh Monte Carlo khi thay đổi số MS theo phương pháp ZF - 20000 n0 0020 neo Sĩ Hình 4.2 Kết quả mô phỏng cho mỏ hình kênh Rayleigh khi thay déi sé MS theo

Hinh 4.3 Kết quả mô phỏng cho mô hình kênh Monte Carlo khi thay đổi số ký tự trên khung MAC theo phuong phap ZF == _— Hình 4.4 Kết quả mô phỏng cho mô hình kênh Rayleigh khi thay đổi số ký tự trên

Hinh 4.9 Kết quả mô phỏng cho mô hình kénh Monte Carlo cho phuong phap ZF

Hinh 4.10 Két qua mé phéng cho mé hinh kénh Rayleigh cho phuong phip ZF va

MMSE khi thay đổi s6 MS — J ol „62

Hình 4.11 Kết quả mô phỏng cho mô hình kênh Monte Carlo cho phương pháp ZF

và MMSE khi thay đổi số ký tư trên khung MAC 6 Hình 4.12 Kết quả mô phỏng cho mô hình kênh Rayleigh cho phương pháp ZF và

Lê Đình Trường - Lớp KT Điện Tử 2— Khóa 2008-2010 Trang 7

Trang 12

CHUONG 1: HE THONG MIMO

Trong gan 10 nam qua mạng vô tuyển (không dây) đã phát triển với tốc độ

chóng mặt Cỏ rất nhiều loại hình mạng, nhiều công nghệ, nhiều chuẩn vô tuyến đã

va đang được chuẩn hóa Công nghệ mạng không dây là hảu như gần gũi nhất với nhiều người đó lả công nghệ mạng thông tin đi động tế bảo Đây chỉnh là mang điện thoại đi động 2G, 3G.Tên thông dụng má mọi người hay gọi là mạng GSM/CDMA hay UMTS/WCDMA/CDMA2000 Ngày nảy công nghệ được để xuất sử dụng trong các mạng 4G là MIMO-OFDM Trong Chương nảy giỏi thiệu các mô hủnh, các kỹ thuật phân tập cũng như dụng lượng của hệ thông MIMO Toản bộ nội dung, trong chương này được tham khảo trong tài liệu [2] và được tổng hợp từ các tải liêu khác

1.1 Kênh MIMO

Hé théng MIMO (Multiple Input Multiple Output) duoc dinh nghia la tuyén thông tín điểm -điểm với đa anten tai phía phát và phía thu

Hệ thông MIMO có thể tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu, giảm BER, tăng

vùng bao phú hệ thẳng vô tuyển mả không cần tăng công suất hay băng thông hệ thống Chỉ phi phải trả để tăng tốc độ truyền dữ liệu chính lá việc tăng chỉ phí triển khai hệ thông anten, không gian cẳn thiết cho hệ thổng cũng tăng lên, đỏ phúc tạp

của hệ thống xử lý số tín hiệu nhiều chiều cũng tăng lên

Trang 13

35_| QAM Quadrature Amplitute Modulation

3ó | QPSK Quadrature Phase Shift Keying

38 |SC SingleCarrier Communication

39_| SIMO Single Input Multiple Output

40_| SISO Single Input Single Output

41_| SNR Signal to noise

42 |STBC Space-Time Block Code

43_| STMLD Space-Time Maximum Likelihood Decoder

44 | STTC Space-Time Trellis Code

45_| TDMA Time Division Multiplexing Access

46 |V-BLAST Vertical-Bell-Laboratories Layered Space-Time

48_| WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Trang 14

Trang 15

Trang 16

LOI NOI DAU

Trang 17

13_| D- BLAST Code

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Trang 21

250

Trang 22

250

Trang 23

250

Trang 24

250

Trang 25

13_| D- BLAST Code

Trang 26

1.1 Kênh MIMO

Trang 27

Trang 28

Trang 29

1.1 Kênh MIMO

Trang 30

LOI NOI DAU

Trang 31

Trang 32

Trang 33

LOI NOI DAU

Trang 34

1.1 Kênh MIMO

Trang 35

1.1 Kênh MIMO

Trang 36

13_| D- BLAST Code

Trang 37

Tiêu đề	Thuật toán đa truy nhập cho mạng thông tin di động sử dụng công nghệ mimo-ofdma
Người hướng dẫn	PGS. TS Nguyễn Văn Đức
Trường học	Trường Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Diện Tử
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	3,56 MB