Các thuật toán cân bằng kênh trong hệ thống SISO,MIMO

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém 1; Kém 2; Đạt 3; Giỏi 4; Xuất sắc 5 Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành 20 1 Nêu rõ tính cấp

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc

tế khác về chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá: ……

Họ và tên Sinh viên: MSSV:……… Tên đồ án:

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu 1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc

tế khác về chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô

Ngày: / /2015 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Vào thời xưa, con người trao đổi thông tin với nhau bằng tín hiệu như âm thanhtiếng trống, khói lửa Thời hiện đại các thiết bị điện báo, điện thoại, máy fax cũngnhư dùng thông tin viba, vô tuyến, sợi quang, thông tin vệ tinh phát triển Cuộccách mạng không dây bắt đầu vào đầu thập niên 1900 với những phát triển tiênphong trong lĩnh vực vô tuyến và thông tin liên lạc không dây nhờ NikolaTesla và Guglielmo Marconi Công nghệ không dây đã làm nên một hệ thầnkinh thông minh nhạy bén trên trái đất Có thể nói lĩnh vực viễn thông đã hiện thực

cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người cũng tăng lên Hiện nay, ngành ViễnThông đang phát triển không ngừng để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin củangười sử dụng Thông tin truyền đạt thông dụng nhất hiện nay là truyền dẫn trongmôi trường Vô Tuyến Nội dung của đồ án này sẽ giải quyết vấn đề xử lý tín hiệu

thu, giảm nhiễu do môi trường Vô Tuyến gây ra“Các thuật toán cân bằng kênh trong hệ thống SISO, MIMO”.

Em xin chân thành cảm ơn T.S Hàn Huy Dũng đã tận tâm hướng dẫn, dạy bảo

và tập thể Signal Processing and Radio Communications (Sparc) Lab luôn đồng

hành cùng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này Em xin cảm ơn Thầy (Cô)trong viện Điện Tử - Viễn Thông giúp đỡ Em có những kiến thức cơ bản về ngànhViễn Thông giúp em có định hướng tương lai của mình Kiến thức của em còn hạnchế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mongnhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy (Cô) để kiến thức của emtrong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày tháng năm 2015

Người thực hiện đề tài

NGUYỄN THỊ KHANH

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài này thực hiện nhằm giải quyết vấn đề méo tín hiệu tại phía thu của hệthống thông tin vô tuyến cơ bản Phương pháp đưa ra trong đồ án này là nâng cấp từ

hệ thống SISO lên MIMO và sử dụng các thuật toán cân bằng kênh

Hai phương pháp trên sử dụng phương thức nghiên cứu lý thuyết kết hợp môphỏng trên MATLAB Đối với phương pháp nâng cấp hệ thống dựa trên phân tíchtín hiệu đi qua mỗi thành phần của hệ thống như tín hiệu phát, kênh truyền, nhiễu,

bộ lọc, cân bằng kênh, phía thu Phương pháp nghiên cứu thuật toán cân bằng kênhđưa ra các thuật toán CMA, MCMA, MMA, MMMA Đặc biệt là thuật toánMMMA khắc phục được nhược điểm của các thuật toán khác Các thuật toán cân

bằng kênh được so sánh và đánh giá dựa trên các tiêu chí giảm nhiễu liên ký tự ISI

và tỷ lệ lỗi bit BER

ABSTRACT

This thesis topic is aimed to resolve signal distortion at receiver of radiocommunications system Methodologies carried out in this thesis include upgradingSISO system to MIMO system and using channel equalization algorithms

These two methodologies combine adopt theoretical study and simulation atMATLAB Upgrading system method is implemented due to analyzing signaltransmitting through each unit of system such as transmissions, channels,interference, filter, receivers Channel equalization algorithms perform CMA,MCMA, MMA, MMMA algorithms Especially, MMMA overcomes weaknesses ofother algorithms Channel equalization algorithms are compared and evaluatedbased on Inter Symbol Interference ISI reduction and Bits error ratio BER criteria

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMA Constant Moduluse Algorithm Thuật toán cân băng kênh hằng số

module

ISI Inter Symbols Interference Giao thoa liên ký hiệu

MCMA Modified Constant Moduluse

MMA Multiple Modulus Algorithm Thuật toán cân bằng kênh nhiều

moduleMMMA Modifed Multiple Modulus Algorithm Thuật toán MMA sửa đổi

MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

OFDM Ogthogornal Frequence Division

Multiplexing

Đa truy nhập phân chia theo sóngmang con trực giao

QAM Quaderature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông pha

SISO Single Input Single Outout Một đầu vào, một đầu ra

SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào, nhiều đầu ra

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễuMISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào, một đầu ra

MMSE Minimum Mean Square Error Tối thiểu hóa trung bình bình

Nội dung của đồ án sẽ giới thiệu các thuật toán cân bằng kênh và mô phỏng cácthuật toán cân bằng kênh CMA, MCMA, MMA, MMMA trên hai hệ thống SISO vàMIMO để khôi phục tín hiệu tại phía thu Các thuật toán cân bằng kênh được sosánh với nhau và được đánh giá dựa trên các tiêu chí giảm nhiễu ISI và BER

Chương 1 Tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến

Chương 1 tổng hợp kiến thức thông tin trong môi trường vô tuyến Đưa ra nhữngảnh hưởng do nhiễu gây ra méo tín hiệu và những biện pháp khắc phục hạn chế nhưxây dựng hệ thống nhiều anten thu phát hay xử lý tín hiệu sử dụng bộ lọc, các thuậttoán cân bằng kênh

Chương 2 Hệ thống MIMO

Chương 2 đưa ra khái niệm hệ thống MIMO và các trường hợp đặc biệt của hệthống MIMO Từ tín hiệu phát đi qua kênh truyền và bộ lọc thích nghi ta có thểkhôi phục được tín hiệu sau khi bị tác động bởi môi trường vô tuyến Trong chươngnày đã đưa ra hàng loạt công thức phân tích từ hệ thống

Chương 3 Các thuật toán cân bằng kênh

Nội dung chương 3 xoay quanh việc phân tích thuật toán, nhận xét ưu điểm,nhược điểm của từng thuật toán cân bằng kênh Các thuật toán cân bằng kênh đưa rađều giảm được lượng nhiễu ISI So sánh 4 thuật toán CMA, MCMA, MMA vàMMMA

Chương 4 Mô phỏng và đánh giá chất lượng

Đây là chương cuối cùng của đồ án, là chương mô phỏng và đánh giá toàn bộ nộidung đưa ra từ những chương đầu tiên Chương 4 có cái nhìn khách quan nhất sosánh các hệ thống, các thuật toán đưa ra ưu và nhược điểm khi xây dựng thuật toánđưa vào hệ thống MIMO Đặc biệt sẽ mô phỏng nhiều về thuật toán MMMA vì đây

là thuật toán khắc phục được nhược điểm của các thuật toán khác

1. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Các phương tiện thông tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin

cơ bản, đó là thông tin vô tuyến và thông tin hữu tuyến Trong truyền dẫn hữutuyến, người ta truyền trên nhiều sợi cáp Trong truyền dẫn vô tuyến, người ta hay

sử dụng phân tập ăng ten, chẳng hạn như phân tập phát (transmit diversity)/phân tậpthu (receive diversity) là phân tập trên nhiều ăng ten phát/ăng ten thu [1][2] Thôngtin hữu tuyến di chuyển nhờ dây dẫn, thông tin vô tuyến di chuyển trong khônggian Thông tin di chuyển trong không gian sẽ tiết kiệm hơn Hiện nay thông tin vôtuyến được sử dụng rộng rãi hơn thông tin hữu tuyến

Thông tin vô tuyến có những ưu điểm[4]

• Linh hoạt: có thể triển khai hệ thống truyền dẫn số rất nhanh và khikhông cần thiết có thể tháo gỡ và nhanh chóng chuyển sang lắp đặt ở vịtrí khác của mạng viễn thông Ưu điểm này cho phép các nhà khai thácphát triển mạng viễn thông nhanh chóng ở các vùng cơ sở hạ tầng viễnthông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp nhất

• Di động: chỉ có truyền dẫn vô tuyến mới đáp ứng được thông tin mọi nơimọi thời điểm của khách hàng viễn thông Nhu cầu này không ngừngtăng ở thế kỷ 21 khi nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng

Ngoài các ưu diểm trên thông tin vô tuyến là phương tiện thông tin duy nhất chocác chuyến bay vào các hành tinh khác, thông tin đạo hàng, định vị…Trong chươngnày sẽ tổng quát chung về mô hình thông tin vô tuyến và giới thiệu về kênh truyềntrong môi trường này

1.1 Môi trường truyền dẫn

Môi trường truyền dẫn là môi trường vô tuyến mô tả như Hình 1.1[1] Trong môitrường thông tin vô tuyến, tín hiệu truyền đi theo nhiều hướng, nhiều đường dẫnkhác nhau Sử dụng môi trường không gian thực tế làm kênh truyền Môi trườngtruyền dẫn có thể là trong một tòa nhà, ngoài trời, hoặc phản xạ trên các tầng điện li.Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn mà kênh truyền dẫn có các tính chất khácnhau.

Có thể mô hình hóa kênh truyền vô tuyến băng cơ bản [1] như sau:

Hình 1.2 Đặc tuyến kênh truyền

Hình 1.2 thể hiện đáp ứng xung của kênh τ

ở những thời điểm khác nhau Thờigian trễ truyền dẫn liên quan tới độ dài của tuyến truyền dẫn và vận tốc ánh sáng.Trễ truyền dẫn là hiệu số giữa thời điểm nhận được tín hiệu và thời điểm phát tínhiệu Đáp ứng xung của kênh truyền

( )

hτ

là phép biểu diễn toán học của kênh ởmiền thời gian

1.2 Tác động từ môi trường vô tuyến

Chất lượng của tín hiệu thu trong môi trường vô tuyến phụ thuộc vào chất lượngkênh truyền Kênh truyền tốt nhất đó là kênh truyền thẳng trong trường hợp tồn tạimáy phát và máy thu đặt trong tầm nhìn thẳng[1] Nhưng trên thực tế kênh truyềnhoàn toàn ngẫu nhiên và do tác động của môi trường vô tuyến gây méo tín hiệutrầm trọng

Xét 1 hệ thống đơn giản như sau:

Hình 1.3 Hệ thống truyền tin đơn giản

Giả sử tín hiệu phát s(k) là tín hiệu 64-QAM đi qua kênh truyền h(k) chịu tácđộng của nhiễu n(k) Ở phía thu ta nhận được tín hiệu x(k) Mô phỏng hệ thống trênMATLAB thu được kết quả như sau:

-10 -5 0 5 10

15

output x(k)

Hình 1.4 Tín hiệu phát và nhận

Tín hiệu phát và nhận được mô phỏng như Hình 1.4 có tín hiệu nhận phân bốkhông theo 1 quy luật chung nào, vị trí tín hiệu bị xê dịch Hình dạng của tín hiệu bịbiến đổi do hiện tượng Fading, nhiễu trắng, nhiễu liên ký tự v v

1.2.1 Hiện tượng Fading

Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu một cách bất thường xảy ra đối với các

hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn[4]

Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất:

• Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn

• Sự hấp thụ gây bởi các phần tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù… sựhấp thụ này phụ thuộc vào dải tấn số công tác đặc biệt là dải tầncao(>10GHz)

• Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí

• Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong trường hợp có bề mặt nước

và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển Đây cũng là mộtyếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường

• Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lansóng điện từ gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tínhiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường Hiệntượng này đặc biệt quan trọng trong thông tin di động

Phân loại:

• Fading phẳng: Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể

và hầu như là hằng số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu

• Fading chọn lọc tần số: Xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thôngcủa kênh truyền Do đó hệ thống tốc độ vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệulớn (lớn hơn độ rộng kênh) sẽ chịu nhiều tác động của selective fading Loạinày chủ yếu do fading đa đường gây ra Tác hại lớn nhất của loại fading này

là gây nhiễu liên kí tự ISI

• Fading nhanh: Fading nhanh (fast fading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler,

nguyên nhân là có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát dẫnđến tần số thu được sẽ bị dịch tần đi so với tần số phát tương ứng Mức độdịch tần sẽ thay đổi theo vận tốc tương đối giữa máy phát và máy thu

• Fading chậm: Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền như tòanhà cao tầng, ngọn núi, đồi… làm cho biên độ tín hiệu suy giảm Tuy nhiên,hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổichậm.

Ở đây cần quan tâm tới Fading lựa chọn tần số Ta có các cách khắc phục sau:

• Phân tập (Diversity) không gian: Dùng nhiều Anten phát và thu hoặc truyềntại nhiều thời điểm khác nhau

• Sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE (Adaptive TimeDomain Equalizer) với các thuật toán thích nghi thông dụng là ZF(ZeroForcing) và sai số trung bình bình phương cực tiểu LMS (Least Mean SquareError)

• Sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER

• Trải phổ tín hiệu: tách các tia sóng và tổng hợp chúng lại

• Sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu là OFDM (OgthogornalFrequence Division Multiplexing)

1.2.2 Nhiễu trắng (White noise)

Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa

là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông Nhiễu trắngảnh hưởng lên toàn bộ phổ hiệu Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng vì có tính chất tương tự với ánh sáng trắng.[5]

Hình 1.5 Tín hiệu Nhiễu trắng

Nguồn nhiễu trắng

• Nhiễu sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các điện tử trong các linh kiện bán dẫn

• Những âm thanh như tiếng gió, tiếng nước cũng là nguồn nhiễu trắng

• Các vấn đề thời tiết, con người

1.3 Kết luận

Chương 1 tổng hợp kiến thức thông tin trong môi trường vô tuyến Đưa ra nhữngảnh hưởng do nhiễu gây ra méo tín hiệu và những biện pháp khắc phục hạn chế nhưxây dựng hệ thống nhiều anten thu phát hay xử lý tín hiệu sử dụng bộ lọc cân bằngkênh Các chương tiếp theo sẽ nói rõ hơn về các phương pháp khắc phục này

2. CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MIMO

Để khắc phục những nhược điểm của nhiễu do môi trường vô tuyến gây ra Taxây dựng hệ thống MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) Hệ thống sẽ giúpkhắc phục được nhược điểm của truyền đa đường để tăng dung lượng và chất lượngtruyền dẫn Trong chương 2 sẽ đưa ra mô hình hệ thống và phân tích chi tiết tín hiệuvào raError: Reference source not found

2.1 Tổng quan về hệ thống MIMO

Một trong những giải pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến làcông nghệ truyền thông vô tuyến sử dụng đa Anten hay còn gọi là công nghệ truyềnthông đa đầu vào và đa đầu ra(Multiple-Input Multiple-Output)

2.1.1 Định nghĩa

MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) là công nghệ truyền thông không dây,trong đó cả đầu nhận lẫn đầu phát tín hiệu đều sử dụng nhiều ăng ten để tối ưu hóatốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mấttín hiệu MIMO tận dụng sự dội lại của sóng khi “đụng” phải những chướng ngạitrên đường truyền khiến chúng có thể đến được đầu nhận tín hiệu bằng nhiều conđường khác nhau.[11]

Hình 2.6 Hệ thống MIMO

2.1.2 Các trường hợp đặc biệt

Một hệ thống thông tin vô tuyến dùng NT anten phát và NR anten thu được gọi là

hệ thống đa anten phát đa anten thu MIMO, kênh truyền sử dụng cho hệ thống nàygọi là kênh MIMO Người ta phân loại các hệ thống MIMO theo các trường hợpriêng như sau:[11]

• Trường hợp đặc biệt NT = NR = 1 được gọi là hệ thống một anten phát,một anten thu SISO được biểu diễn ở Hình 2.2 và kênh tương ứng gọi làkênh SISO.

• Có hiệu suất sử dụng phổ tần cao đáp ứng được nhu cầu về dung lượng.

• Khắc phục được nhược điểm của truyền đa đường để tăng dung lượng

Lý do vì các đóng góp mạnh của LOS dẫn đến tương quan giữa các Anten mạnh hơn và điều này làm giảm ưu điểm sử dụng hệ thống MIMO

2.2 Phân tích hệ thống

2.2.1 Hệ thống SISO

Cấu trúc

Hình 2.10 Mô tả hệ thống có sử dụng cân bằng kênh

Ta mô phỏng truyền tín hiệu đầu vào và đầu ra của hệ thống SISO Hình 2.5 nhưsau: Cho tín hiệu phát s(k) phát tại thời điểm k qua kênh truyền h[k] ta thu được tínhiệu x(k) đã bị ảnh hưởng bởi nhiễu Gaussian (AWGN) n(k) Để khôi phục tín hiệusao cho giống với tín hiệu phát đi ta sử dụng một bộ lọc với hệ số phù hợp Khi thuđược tín hiệu thông qua bộ lọc w(k) ta thông qua một bộ đánh giá nếu tín hiệu chưagiống với tín hiệu phát đi ta sẽ nhận được tín hiệu chính xác là (k)

Từ hệ thống trên, ta suy ra được công thức tính tín hiệu ra theo tín hiệu đầu vào:[8]

Hình 2.11 Mô phỏng hệ thống sử dụng cân bằng kênh

Tín hiệu phát đi biểu diễn ở hình đầu tiên bao gồm các điểm thuộc 4 điểm nhưtrên, nhưng sau khi qua kênh truyền ảnh hưởng bởi nhiễu vị trí của tín hiệu bị xêdịch không theo quy chuẩn nào cả Khôi phục tín hiệu nhờ bộ lọc ta thu được nhưhình 3 tín hiệu đã phân tách ra làm 4 khu vực Nhưng tín hiệu ta cần là tín hiệugiống như tín hiệu phát nên ta cần tới bộ đánh giá đưa ra quyết định Kết quả cuốicùng là tín hiệu giống với tín hiệu ban đầu Qua đây ta thấy được tầm quan trọngcủa việc sử dụng bộ lọc ở phía thu

2.2.2 Hệ thống SIMO

Hình 2.12 Cấu trúc hệ thống SIMO

Cho hệ thống SIMO như Hình 2.7 có một anten phát và hai anten thu Sự khácbiệt so với hệ thống SISO là phía thu được tăng cường thêm 1 Anten nữa Điều nàytương đương với việc tăng kênh truyền và bộ lọc Vì tín hiệu thu được là 1 tín hiệunên ta phải tổng hợp tín hiệu thu được từ 2 anten và 1 bộ quyết định để có được tínhiệu ban đầu

Giả sử bậc kênh truyền h=h11=h12=3,chiều dài bộ lọc Lw=4 Ta có tín hiệu phát đi

Kích thước của ma trận kênh truyền H(k) là (8x6).Vì phát trên hai kênh truyền

h11(k) và h12(k) nên ta thu được 2 tín hiệu x1(k) và x2(k)

( )( 1)

( )

( )( 1)

12

( ) ( )

6

output 2

Hình 2.13 Tín hiệu thu được sau khi qua kênh truyền

Thông qua 2 bộ lọc tính toán ta thu được tín hiệu tương đương

-4 -2 0 2 4 -5

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

4

equ output 1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

4

output

Hình 2.15 Tín hiệu được tổng hợp y(k)

Qua đây ta có nhận xét ưu điểm của hệ thống SIMO hơn hệ thống SISO là thu

và nhận được nhiều kết quả nhờ tăng lượng kênh truyền Kênh truyền càng đa dạngcàng có xác suất cao nhận được kênh truyền tốt nhất

2.2.3 Hệ thống MIMO

Qua những phân tích phía trên về hệ thống SIMO cho 1 anten phát, 2 anten thu ta

có thể đưa ra dạng tổng quát cho hệ thống MIMO với NT anten phát và NR antenthu[19] [20]

-3 -2 -1 0 1 2 3 4

16 qam constellation

Hình 2.17 Chòm sao 16-QAM

Tín hiệu nhận được sau khi qua kênh truyền và chịu tác động của nhiễu biểu diễn ở Hình 2.13 Tín hiệu bị xê dịch đi rất nhiều ở cả 2 tín nhận được