TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: Cơ chế tạo sinh ngôn ngữ trong thơ “Lời và Không lời

Vì thế suy hao do môi trường truyền dẫn phụ thuộc vào khoảng cách được cho bởi công thức như sau: : Công suất tín hiệu thu được W : Công suất phát W : Độ lợi anten thu anten đẳng hướng :

I LÝ THUYẾT VỀ MẠNG KHÔNG DÂY:

Trong thông tin vô tuyến có nhiều yếu tố chi phối quá trình truyền tín hiệu từ máy phát tới máy thu của một hệ thống truyền thông không dây đó là: nhà cửa cây, cây cối, sông núi, không khí,… hay còn gọi là môi trường truyền dẫn Vì vậy suy hao trong môi trường truyền dẫn là điều tất yếu Vì thế suy hao do môi trường truyền dẫn phụ thuộc vào khoảng cách được cho bởi công thức như sau:

: Công suất tín hiệu thu được (W)

: Công suất phát (W)

: Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng)

: Độ lợi anten phát

: bước sóng của sóng mang

Hoặc có thể viết lại là:

Gọi là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:

Với , << R là độ cao anten trạm gốc BS (Base Station) và anten của trạm di động MS (Mobile Station)

1 Hiện tượng Multipath – Fading

Multipath – Fading là mô ̣t hiê ̣n tươ ̣ng rất phổ biến trong truyền thông không dây gây ra do hiê ̣n tượng đa đường (Multipath) làm suy giảm cường đô ̣ và xoay pha tín hiê ̣u

G P

T R

T

G G f R c G

G

R P

dB R

f G

G T 10log R 20log 20log 47.6log

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

Có các hiện tượng sau đây:

- Phản xạ (reflection): khi sóng đâ ̣p vào các bề mặt bằng phẳng (Hình 2.1 a)

- Tán xạ (scaterring): khi sóng đâ ̣p vào các vâ ̣t có bề mă ̣t không bằng phẳng và các vật này có chiều dài so sánh được với chiều dài bước sóng (Hình 2.1 b)

- Nhiễu xạ (diffraction): khi sóng đâ ̣p vào các vâ ̣t có kích thước lớn hơn nhiều với chiều dài bước sóng (Hình 1.1 c)

Các hiện tượng xảy ra trong quá trình truyền sóng

2 Các phương pháp ghép kênh

Kênh truyền vô tuyến là tài nguyên của mỗi quốc gia, do đó nó cần sử dụng thật hiệu quả Dãi tần số này được quy định chặt chẽ và được phân bố một cách giới hạn cho từng mục đích cụ thể như thông tin di động, phát thanh, truyền hình … Vì vậy các phương thức ghép kênh không ngừng được nghiên cứu và phát triển để có thể

sử dụng thật hiệu quả kênh truyền vô tuyến Có bốn phương thức ghép kênh là FDM, TDM, CDM, và OFDM

Các phương thức ghép kênh

II Mô hình hệ thống mạng truyền thông không dây

Mô hình hê ̣ thống ma ̣ng viễn thông không dây cơ bản có thể được chia làm 4 hệ thống bao gồm: SISO, SIMO, MISO và MIMO được mô tả như hình 3.1

Phân loa ̣i hê ̣ thống thông tin không dây III Hệ thống OFDM

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

Sóng mang không chồng xung (a) và sóng mang chồng xung (b)

Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống

Sơ đồ hê ̣ thống OFDM

Hê ̣ thống OFDM cơ bản

Sắp xếp tần số trong hê ̣ thống OFDM

Symbol OFDM với 4 subsciber

 Mô tả toán học của OFDM

1 ) (

N

n

t t j c s

c ne t A N

t

Trong đó, 0 n Nếu tín hiệu được lấy mẫu với tần số lấy mẫu là 1/T (với

T là chu kỳ lấy mẫu), thì tín hiệu hợp thành được thể hiện bởi công thức:

) (

1 ) (

N

n

kT n j n s

n

e t A N

kT

N nk j N

n

e NT

n G N kT

1

0

1 )

IV Hệ thống MU MIMO – OFDM

1 Hệ thống MIMO: 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 hóa tốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mất tín hiệu MIMO tận dụng sự dội lại của sóng khi

“đụng” phải những chướng ngại trên đường truyền khiến chúng có thể đến được đầu nhận tín hiệu bằng nhiều con đường khác nhau

Sơ đồ khối mô ̣t hê ̣ thông MIMO

Mô hình được biểu diễn dưới dạng: r(t) = Hx(t) + n(t)

Với:

r = (r1, r2, …, rNr) : tín hiệu thu

x = (x1, x2, …, xNt) : tín hiệu phát

n = (n1, n2, …, nNr) : nhiễu AWGN với phân bố

 Ma trận thông tin trạng thái kênh truyền có dạng:

Dung lượng Shannon của kênh truyền Gaussian: C = log2(1 + γ) bps/Hz

Với: γ: tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR)

Với hệ thống MIMO:

CSI không biết tại đầu phát thì công suất phát là:

Với: r <= min(NT, NR), i: giá trị eigen của ma trận kênh truyền

CSI biết tại đầu phát, phân bố đáp ứng công suất được cho theo thuật toán waterfilling => công suất phát:

Các thuật toán lọc không gian:

- Thuật toán ZF (Zero Forcing)

Tín hiệu được mô tả:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

Trọng số ZF:

SNR cho subtream thứ j:

Dung lượng kênh truyền của ZF:

- Thuật toán MMSE (Minimum Mean Square Error):

Thuật toán ZF không quan tâm đến nhiễu vì thế hiệu suất bị ảnh hưởng MMSE quan tâm cả về giao thoa và nhiễu

Tín hiệu có dạng:

MMSE:

Vì thế:

Ma trận trọng số:

SNR subtream thứ j:

Dung lượng kênh truyền MMSE:

- Thuật toán MLD (Maximum Likehood Detection)

Việc tối ưu nhiều subtream cho MLD

Việc tìm kiếm tối đa của phương trình:

 Argmin:

MLD cung cấp độ lợi phân tập RX ở đây sự phân tập bằng với số lượng anten RX

Cấu trúc hê ̣ thống MIMO đa người dùng

Tín hiệu thu ở người dùng thứ k:

Tín hiệu được tìm cho người dùng thứ k:

Người dùng k nhận vector chiều dài N k: H k

n

E 2 , vớ i E mô tả kỳ vo ̣ng công suất Để ước tính tín hiê ̣u x k của L k tại đầu thu, ngườ i dùng thứ k xử lý y k vớ i ma trâ ̣n mã hóa k k

H

H k H

k H k DL

k V H U P x V n

, 1

3 Mimo – Ofdm:

Hê ̣ thống MIMO – OFDM cơ bản

Tín hiệu thu ở mỗi anten là 4 tín hiệu phát méo chồng lên nhau được mô tả bởi:

] , [ ] , [ ] , [ ]

, [

4

1

k n w k n t k n H k

n

i

i j



Liên quan đến vào – ra cho OFDM có thể bởi các vector sau:

],[],[],[],[],[],[n k H1 n k t1 n k H2 n k t2 n k w n k

r

V Kết quả mô phỏng

1 Lưu đồ giải thuật

Bên phát:

S/P

Nhâ ̣p các thông số đầu vào:

- Số điểm FFT

- Số so ́ng mang con

- Điều chế M-QAM

- Rayleigh, AWGN

- Thuâ ̣t toán: ZF, MMSE,…

- Số bit va ̀o

Tính SNR với j sóng mang con, i kênh truyền cho l anten.

Đánh giá SNR trung bình và cho ̣n phương pháp điều chế, tốc đô ̣ mã

hóa, thuâ ̣t toán

So sánh từng phương pháp điều chế cho mỗi kênh truyền và mỗi thuâ ̣t toán khác nhau

Yes

No All l done ?

Làm lại với mỗi tín hiệu cho từng

anten

END

Kênh truyền:

Lưu đồ giải thuâ ̣t kênh truyền

2 Giao diện chương trình

Giao diê ̣n chính của chương trình

 Pushbutton Next : để vào chương trình mô phỏng ta bấm nút này sẽ mở ra giao diê ̣n mô phỏng chương trình

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

Hình 6.11: Giao diê ̣n chương trình mô phỏng

- Pushbutton EXIT: Để đóng chương trình mô phỏng

Giải thích sự hoạt động của chương trình:

Cài đặt OFDM

Phần cài đă ̣t OFDM gồm có các thành phần sau:

 Edit NumFrame: Sẽ nhập giá trị số lượng khung vào phải dương

 Edit B.Thông: Giá trị được mặc định là 20Mhz, ô này được mặc định giá trị vì thế không thay đổi được giá trị vào

 Edit FFT_Points: Số điểm FFT mặc định là 64 nếu muốn thay đổi thì nhập vào và lưu ý là số điểm FFT nhập vào phải là số nguyên dương và chia hết cho

4

 Edit Numcarr: Số sóng mang con là 52 nếu muốn thay đổi thì nhập vào và lưu ý là số sóng mang con phải là số nguyên dương

 Popupmenu M_QAM: Chọn cách thức điều chế, có 2 cách thức điều chế là: BPSK, QPSK

 Edit Guard: Chọn khoảng bảo vệ giá trị mặc định của khoảng bảo vệ

là 16 Nếu muốn thay đổi thì nhập giá trị vào và lưu ý rẳng khoảng bảo vệ phải là số nguyên dương

Cài đặt kênh truyền

 Checkbox Rayleigh: Phải được tick vào nếu không được tick sẽ hiện

thông báo lỗi

 Checkbox AWGN: Phải được tick vào nếu không được tick sẽ hiện

lên thông báo lỗi

 Edit SNR: Sẽ nhập giá trị SNR vào giá trị mặc định là 16 Lưu ý là giá trị nhập phải là số nguyên dương, nếu nhập không đúng theo yêu cầu sẽ hiện bảng

thông báo lỗi

Cài đặt MIMO

 Edit Tx: Chọn số anten phát, giá trị mặc định là 2, nếu muốn thay đổi thì nhập giá trị vào Lưu ý số anten phát phải là số nguyên dương và <=4, nếu nhập

không đúng giá trị sẽ hiện thông báo lỗi

 Edit Rx: Số anten thu, giá trị mặc định là 2, nếu muốn thay đổi thì nhập giá trị vào Lưu ý giá trị anten thu phải là số nguyên dương và <=4, nếu nhập

không đúng yêu cầu thì sẽ hiện thông báo lỗi

 Popupmenu Code Rate: Sẽ chọn tốc độ mã hóa mặc định là ½ cho

chương trình mô phỏng

 Popupmenu Algorithm code: Lựa chọn thuật toán cho hệ thống

MIMO Có 5 loại thuật toán khác nhau (MMSE, ZF, MLD, ZF-SIC, MMSE-SIC) Panel thực hiện

Gồm có 4 Pushbutton:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Pushbutton Start: Có chức năng chạy chương trình mô phỏng hiển thị Ber, hiển thị tín hiệu phát lên đồ thị Transmiter và tín hiệu thu lên đồ thị Receive Sau đó hiển thị lỗi bit và tổng số bit truyền lên text Error bits và text Total bits tương ứng

 Pushbutton So Sánh Ber: Sẽ hiển thị các đồ thị của các thuật toán khác nhau lên cùng đồ thị Ber khi ta chọn dạng điều chế tương ứng

 Pushbutton Simulation: Sẽ mở ra chương trình mô phỏng bằng simulink cho hệ thống Mutiuser MIMO – OFDM

 Pushbutton Exit: Sẽ xuất hiện hộp thoại

Nhấn “Yes” sẽ đóng chương trình mô phỏng lại, nhấn “No” trở lại giao diện mô phỏng

Điều chế: BPSK

Tốc độ mã hóa: R = ½

Anten phát: 2; Anten thu: 2

Ta xét cho từng thuật toán mã hóa khác nhau:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Đối với 2 anten phát và 2 anten thu, ta thấy thuật toán mã hóa không gian MLD là tốt nhất so với các thuật toán mã hóa không gian còn lại

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Như vậy khi tăng số lượng anten phát và thu thì Ber sẽ

giảm và trong trường hợp này đối với Tx=3, Rx=3 thì thuật toán MLD cũng là tốt

nhất

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Từ đồ thị Ber cho thấy khi tăng số lượng aten phát và thu

lên thì Ber sẽ giảm và đồng thời các thuật toán mã hóa là gần như nhau Nhưng tối

ưu hơn cả vẫn là MLD Mặt khác đối với thuật toán ZF thì đồ thị hầu như không có

sự thay đổi vì đây là thuật toán mã hóa Zero Forcing là thuật toán mã hóa không tốt

Tương tự ta làm với điều chế QPSK

 tấn số dịch Doppler max: max  14

Anten phát: 2; Anten thu: 2

Ta xét cho từng thuật toán mã hóa khác nhau:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Cũng giống như điều chế BPSK, đối với điều chế QPSK thì thuật toán mã hóa không gian MLD cũng là tốt nhất

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Với Tx=3, Rx=3 thì thuật toán mã hóa không gian MLD Theo giản đồ Ber cho thấy khi tăng số lượng anten phát và thu thì Ber sẽ giảm

 Nhận xét: Như vậy khi tăng số lượng anten phát và thu thì Ber sẽ giảm

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

So sánh Ber

Ta chỉ so sánh lần lượt với anten phát TX=2, TX=3, TX=4 và RX=2, RX=3, RX=4

 Đối với điều chế BPSK:

 Đối với điều chế QPSK:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

 Nhận xét: Từ 2 dạng điều chế trên cho ta thấy đối với điều chế BPSK

sẽ cho đồ thị Ber tốt hơn so với điều chế QPSK vì ứng với điều chế QAM, M-ary càng lớn thì xác suất lỗi đối với tín hiệu thu càng cao, điều này có nghĩa nghĩa là góc pha giữa các điểm IQ càng nhở khi M tăng Do đó, khi ứng dụng nguyên lý điều chế có M-ary lớn đòi hỏi SNR phải cao để có tỉ số Ber chấp nhận được Từ đồ thị Ber của 2 dạng điều chế trên cũng cho ta thấy thuật toán mã hóa không gian MLD là tốt nhất và khi tăng số lượng anten phát và thu có nghĩa là dung lượng của

hệ thống sẽ tăng lên vì thế Ber của hệ thống giảm

6.1 Simulation

Pushbutton_Simulation sử dụng simulate của Matlab để mô phỏng hệ thống Multiuser MIMO – OFDM Sơ đồ có dạng như sau:

Tóm tắt luận văn

HVTH: Hồ Đức Chung

Kết quả chạy mô phỏng với điều chế QPSK, time simulation là 2s như sau:

Kết quả mô phỏng với time simulation là 1s như sau:

Kết luận: Như vậy với mô phỏng bằng Simulink Tx=4, Rx=4 thì kết quả Ber cho ra

gần bằng với kết quả của lý thuyết