55539879-mimo-ofdm

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm

http://slidepdf.com/reader/full/55539879-mimo-ofdm 1/43

H THNG MIMO-OFDM

Giáo viên hng dn : ào Ngc Chin

Sinh viên thc hin : Tô Hoàng Hip

Lp : T8-K48

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


OFDMDo các vn v nhiu (interference) và các vn v a

ng (mul ti path), mt s công ngh trc ây cng ã a ra gii pháp iu ch sóng mang n dùng cho các ng dng NLOS(non l ine of sight ) nhng cng cha mang li hiu qu cao.S ra i ca k thut ghép kênh phân chia theo tn s tr c giao ±

OFDM (Orthogonal Frequency Division Mu l tipl exing ) : là mt bc t phá tr ong th trng tr uy cp vô tuyn bng rng.

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


OFDMCông ngh OFDM nm tr ong mt lp các k thut iu ch a sóng

mang (FDM) tr ong thông tin vô tuyn

iu ch a song mang(ghép kênh phân chia theo tn s FDM ):

u im (so vi C n mang):

+gim nh hung ca nhiu liêntín hiu ISI (inter synbol interference)

+ phc tp ca b cân bngkênh và lc nhiu gim

Nhc im :

+gim hiu qu s dng ph docác kênh ph c phân cáchnhau mt khong nht nh

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


tng hiu qu s dng ph và k tha u im ca iu ch a sóng mang phng pháp iu ch a sóng mang tr c giao OFDM(Orthogonal Frequency Division Mu l tipl exing ) ra i:

C hia l ng d l iu tr c khi phát i thành N lung d l iu song song có tc thp hn và phát mi lung d l iu ó trên mt sóng

mang con khác nhau. C ác sóng mang này l à trc giao v i nhau, iu này c thc hinbng cách chn dãn cách tn s gia chúng mt cách h p lý.

Khái nm v s trc giao ca 2 tín hiu

{!´ )(*)( t qt p

a

b

] ]

)(t p] )(* t q]

OFDM

k , p = q

0 , p q

là liên hp phc ca a, b là chu kì ca tín hiu

k : const

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


OFDMMt ph nng l ng c a tín hiu iu ch OFDM :

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B iu ch OFDM

Nguyên tc :Ph tín hiu c dch vào sóng mang ph th p thông qua phép nhân vi hàm phc

e vi ws = 2 f s = 2 1/Ts : k hong cách tn s gi a 2 sóng mang

Ta có :

T T

jpwst

e

jqwst *

( e ) dt =

j(p ± q)wst

e dt

1

j(p ± q)ws

j(p ± q)wste

t = (k+1)Ts

t = kTs =0 , p q

Ts, p = q

´

Tsk

kTs

)1(

´

Tsk

kTs

)1(

={

Theo nh ngh a, 2 sóng mang ph p , q trc giao vi nhau

jpwst

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B iu ch OFDM Bng tn ca h thng c chi a làm N c k ênh con vi ch s ca

các kênh con là n :n {1,2,3,«,Nc}

u vào ca b iu ch là dòng d liu {a} c chia thành Nc dòng

d liu song song thông qua b phân chi a ni tip/song song Dòng bit tr ên mi lung song song {ai,n} li c iu ch thành

mu tín hiu a mc {dk,n} vi :+i: ch s khe thi gian tng ng vi Nc bit song song sau khi qua b bin i ni tip/song song

+k: ch s khe thi gian tng ng vi mu tín hiu phc

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Xung c bn (basic impu l se)

Tr ong bt kì h thng vô tuyn nào, tín hiu trc khi phát i uc nhân vi xung c bn.

Mc ích : Nu b rng ph ca tín hiu phát ln hn b rngkênh tr uyn cho phép thì tín hiu phát s gây ra nhiu xuyên kênh

i vi h thng khác

gi i hn ph ca tín hiu phát sao cho phù hp vi b rng ca kênhtr uyn.

Dng xung c bn thng gp là xung vuông :

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Xung c s (basic impu l se)

S¶(t) : xung c bnb rng bng b r ông mt mu tín hiu OFDM

S(t) : xung c bn sau khi c chèn chui bo v

: b rng bng Ts+TG vi TG : dài chui bo vTs : dài mu tín hiu OFDM

S(t)

So

-TG

S¶(t)

TS0

T

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B iu ch OFDMTín hiu m¶k(t) sau khi c nhân vi xung c s và dch tnc cng li qua b tngMu tín hiu OFDM th k :

m¶k(t) = dk,n S¶(t - kTs) e

Tín hiu OFDM tng quát là :

m¶(t) = m¶k(t) = dk,n S¶(t - kTs) e§g

g!k

§!

Nc

n 1

§!

N c

n 1

§g

g!k

jnwst

jnwst

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Lung tín hiu c ly mu vi tn s :ta = 1/B = 1/NC fs

vi B là b rng bng tn ca h thng

thi im ly mu t=kTs+ lta thì S¶(t - kTs)=So

(*)

§!

N c

n 1

m¶k(kTs + lta) = So dk,n ejnws(kTs + lta)

= So dk,n e e jnwskTs jnws lta

§!

N c

n 1

B iu ch OFDM

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B iu ch OFDM

T T

T

wskTs =2 f s k 1 = 2k e = 1

f s

jnwskTs

e = e = e jnws lta jn2 f s. 1 j2 nl

f sNc NcT

m¶k(kTs + lta) = So dk,n e§!

N c

n 1

j2 nlT Nc

Phép bin i tr ên tr ùng hp vi phép bin i ngc Four ier IDFT

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B iu ch OFDM

B iu ch dùng thut toán bin i ngc Fourier :

Chuyni

Ni

Tip

/song

song

Mãhóa

IDFT

Chuyni

song

song

/ ni

tip

Chèn

khong

bo v

Bini

s

/tng

t

{a}

ai,Nc

ai,n

ai,1

dk,Nc

dk,n

dk,1

m¶(lta) m(lta) m(t)

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã hóa (M-QAM, QPSK)S iu ch ng pha, vuông pha

I (Inphase) ,Q (Qu adr ature):

S QPSK :

S 16-QAM :

11

00 01

10

11101111

11001101

1

001 1

000

1011 10100010

0001

0000

0111

0100

0110

0011

0101

I

I

Q

Q

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã hóa (M-QAM, QPSK)

chòm sao(constellation) iu ch IQ,16 ± QAM ,vi

mã Gray d liu ti mi v trí

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Chui bo v (gurad interval)

Nguyên nhân:Tr ong môi trng không có ng dn thng (NLOS ), tín hiu a

ng dn là t hp ca tín hiu gc và các tín hiu phn x bicác vt cn gia tr m phát và tr m thu.

Các tín hiu phn x thng n tr m thu không cùng mt lúc phthuc vào khong cách ng i và u n sau so vi tín hiu gc(l à tín hiu i thng ).

Do không n cùng mt thi im các tín hiu phn x gây ra hintng nhiu .

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Nguyên nhân (tip) :

Tác ng ca hin tng a ng dn n tr ên h thng kt nivô tuyn có nh hng gia các symbol ISI (Inter Symbol Interference)

Khc phc :C ông ngh OFDM ã khc phc c vn ISI bng cách s

dng khong thi gian bo v (Gu ard Interv al ) ti on bt u ca symbol :bng cách sao chép phn phía tr c ca sy mbol

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Khong thi gian bo v chính là phn symbol b nh hng bi ISI còn khong d liu tip theo khong bo v chính là khong ti tin

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Gii iu ch OFDM

Kênh truyn dn phân tp a ng biu din thông qua :

+ áp ng xung h( ,t) vi là tr tr uyn dn ca kênht là thi im quan sát kênh

+ hàm tr uyn t H( jw, t)quan h :

H( jw, t) = h( ,t)e d

min thi gian ,tín hiu thu u(t) là tích chp ca tín hiu phát m(t) và

áp ng xung ca kênh h( ,t):

u(t) = m(t) * h( ,t) = h( ,t)m(t - )d

X X

´g

g

X - jwX

X X X X ´max

0

X X

X

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Gii iu ch OFDM

C ác bc thc hin b gii iu ch : Tách khong bo v tín hiu thu

Nhân vi hàm s phc e vi mc ích dch bngtn ca tín hiu mi sóng mang v bng tn gc trckhi iu ch

Gii iu ch các sóng mang ph Chuyn i mu tín hiu phc thành dòng bit

Chuyn i dòng bit song song thành dòng bit ni tip

- jnwst

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


B gii iu ch OFDM S k hi b gii iu ch OFDM dùng DFT :

Bini

tngt/

s

Táchkhong

bo

v

Bin

initip/

songsong

DFT

Gii

mã

Bini

songsong

/ nitip

u (t) u (lta) u¶(lta)

dk,1

dk,Nc

dk,n

ak,1

ak,Nc

ak,n {a}

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Tách khong bo v u(t) : lung tín hiu vào b gii iu ch u¶(t): lung tín hiu nhn c

u(t)

u¶(t)

t

t

(k-1)T

(k-1)Ts

kT (k+1)T

(k+1)TskTs

u¶(kTs + t) = u(kT + t) vi 0 <= t<= Ts , k

Quá tr ình tách khong bo v ph thuc :

+ dài chui bo v so vi tr tr uyn dn ln nht ca kênh

+iu kin kênh tr uyn (ph thuc hay không ph thuc thi gian)

Ts : dài mu tín hiuTG : dài chui bo v

T = Ts +TG

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Tng quan h thng OFDM

iu ch bng tn c s

Chèn mu tindn ng

IDFT Chèn chuibo v

Bin isô/tng t

Kênh vôtuyn

Bin itng t/s

Tách chuibo v

DFT

Tách mu tindn ng

Khôi phckênh tr uyn

Cân bngkênh

Gii iu ch bng tn c s

Nhiu tr ng( AWGN)

Dòng bit

Dòng bit

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Ph ca tín hiu OFDM

Biu din toán hc c a ph :Ph tín hiu OFDM là tng ph tr ên tng sóng mang ph :

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Ph ca tín hiu OFDM

Do các sóng mang ph là trc giao vi nhau nên cho kt qu hintr ên máy phân tích ph tín hiu nh sau :

2 sn ph tín hiu có dc ln làm gim nhiu gia cáckênh khác nhau tr ong h thng

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mu tin dn ng Mu tin dn ng chèn cùng vi mu tin có ích c min tn s và min

thi gian Khong cách gia 2 mu tin liên tip nhau phi tuân theo qui lut ly mu c

min tn s và min thi gian min tn s s bin i ca kênh vô tuyn ph thuc vào thi gian tr

tr uyn dn ln nht ca kênh Rf là t s ly mu 1

min tn s thì Rf = >= 1

Df f s

min thi gi an s bin i ca hàm tr uyn ph thuc vào tn s Doppler Rt là t s ly mu 1

min thi gian thì Rt = >=1 2 f D,max Dt(Ts + TG)

T rong tr ng h p các iu kin không c tha mãn thì tín hiu không thkhôi phc hoàn toàn máy thu

maxX

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mu tin dn ng

Nguyên tc :

Dt

Df

Min thi gian

Min

tn s

Mu tin có ích

Mu tin dn ng

Doppler

TDt

=Dt

.TT = Ts + TG

CIR : áp ng xung ca kênh tr uyn

f d

-f d BDf = Df Bo

Bo=1/Tsf

t

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mu tin dn ng

Mu tin dn ng (pi l ot sub-c arries) trong

min tn s :

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


H thng MIMO

MIMO(Mu l tipl e Input Mu l tipl e Output ) : h thng vi nhiu antenphát và nhiu anten thu

Ci thin hiu qu s dng tn s cng

nh dung lng ca h thng thông tinhn so vi h thng1 anten phát 1 anten thu SISO

Vic nâng ca

o hiu quthu phá

t ph thuc vào s lng anten thu phát

và tán x ca môi trng tr uyn dn

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


H thng MIMO-OFDMKt h p u im ca h thng MIMO và h thng OFDM

C u trúc máy phát MIMO-OFDM :

Mã không

gian /thigian

(space/timecoding) iu ch

bng tn c s

iu ch

bng tn c s

IDFT

IDFT

Chèn chuibo v

Chèn chui

bo vDòngbit

Các b phát tín hiu OFDM c kt hp vi nhau thông qua b mãhóa thi gi an/ k hông gi an

B mã hóa này nhm to to ra các lung bit khác nhau cho anten

phát,

tn dng s phân

tp v không gi

an c

acác

tín hiu phá

tqu

a các anten khác nhau sa li ng tr uyn

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


S phân tp (diversity)

K thut phân tp là mt tr ong nhng phng pháp c dùng hn ch nh hng ca f ading.

Tr ong thông tin di ng, k thut phân tp c s dng hn chnh hng ca f ading a tia, tng tin cy ca vic tr uyn tin màkhông phi gia tng công sut phát hay bng thông

C ác phng pháp phân tp thng gp là phân tp tn s, phân tp thi gian, phân tp không gian (phân tpanten) K thut phân tp anten hin ang c quan tâm và ng dng vàoh thng MIMO nh :

+ kh nng khai thác hiu qu thành phn không gian tr ong nângcao cht lng và dung lng h thng+ gim nh hng ca f ading+ tr ánh c hao phí bng thông tn s ±yu t r t c quan

tâm tr ong hoàn cnh tài nguyên tn s ngày càng khan him

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



K thut phân tp cho phép b thu (r eceiver ) thu c nhiu bnsao ca cùng mt tín hiu tr uyn.

Các bn sao này cha cùng mt lng thông tin nh nhau nhng ít có s tng quan v f ading.

Tín hiu thu bao gm mt s k t hp hp lý ca các phiên bn tín

hiu khác nhau s chu nh hng f ading ít nghiêm tr ng hn sovi tng phiên bn r iêng l.C ác phng pháp k t hp thng gp: B t hp theo kiu quét và la chn (S canning and S el ection

C ombiners: S C ) quét và la chn nhánh có t s SNR tt nht B t hp vi cùng li (Equal-Gain C ombiners: E GC )

B t hp vi t s ti a (Maxi mal Ratio C ombiners:MR C ): t hptt c các nhánh, vi h s ak t l thun vi tr hiu dng ca tínhiu và t l nghch vi bình phng tr ung bình ca nhiu ti nhánhth k.

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Quét la chn

(SC)

B t hp cùng li

(EGC)

B t hp t s ti a

(MRC)

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Kho sát tr ong trng hp 1 anten phát và nhiu anten thu :SER (sy mbol error rate) : t l li mu tín hiu

SER tr ong 3 trng hp khi s a

nten là 2 và iu ch QA

MSER phng pháp MRC khi tng s

anten t 1 n 4 và iu ch QPSK

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã hóa không gian- thi gian

Mã k hông gi an-thi gi an (Space-Time Codes-STC) do Tar okh vàcác ng s phát minh nm 1998 ti AT&T : là mt phng phápmang li hiu qu tr uyn tin tr ong vic phân tp phát tr ong môitrng f ading s dng nhiu anten

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Gi s có N anten phát và M anten thu

Vi mi kí hiu sl u vào, b mã hóa to ra N kí hiu mã cphát ng thi t N anten phát : cl,1; cl,2; cl,3,«,cl,N

Vecto mã cl= [cl,1; cl,2; cl,3,«,cl,N]

Phát dãy vecto mã C = {C1, C2,«, CL} Li xy ra khi b gii mã quyt nh sai r ng ta ã phát 1 dãy vecto

mã khác C¶ = {C¶1, C¶2,«, C¶L} Xét khung d liu có u vào là L Ma tr n li A : A(C, C¶) = (Cl ± C¶l)(Cl ± C¶l)*

v i * l à kí hiu l iên h p phc

T

§!

L

l 1

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Xác sut li cp PEP (P airwise E rror P robabi l ity ) có gii hn tr ên :

P(CC¶) ( Es / 4No )

!

r

n

n

1

)( P

-M -rM

Nng l ng

kí hiu

Mt ph công sut

tp âm

H ng cama trn li A

T r riêng khác không ca ma trn li A

!

r

n

n

1

)( P

( Es / 4No )

-M

-rM

: tng ích mã hóa ca h thng

: tng ích phân tp ca h thng

MN (do r N)

MH =

PT =


7/31/2019 55539879-mimo-ofdm



Da vào các thông s tr ên ngi ta phân loi các b mã hóa ra làm 2 loi chính :

Mã khi không gian ± thigian STBC (S pace-T i me Bl ock

C oding )

+Có PT

+Không có MH

+ B gii mã n gin

Mã li không gian ± thigian STTC (S pace-T i me T rell is

C oding ) (to ra s t ng quan gia các tín hiu phát )

+Có PT

+Có MH

+B gii mã phc tp

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã STTC

(10)2 3(11)

(00)0 1(10)

00

01

10

11

00

01

10

11

00 00

01

10

11

01

00

01

10

11

10

11

10

11

00

10 Các kí hiu tr ong chòm sao

tín hiu QPSK

Kí hiu 11

và 00 c phát

ng thitr ên 2antentng ng

Mã STTC vi 4 và 8 tr ng thái s dng chòm saoQPSK thit k cho 2 anten phát

1 mã 4 trng thái

1 mã 8 trng thái

Hình 1 Hình 2

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã STTC

Mã STTC c thit k sao cho b gii mã, thut toán Viterbi ± thut toán gii mã hp lí cc i (M a ximum Li k el ihood ) c s dng tínhng hp lí nht chy qua li có s o tích l y nh nh t

S o tích l y c xác nh :

r t,m - s1 - s2m,1E m,2E§!

M

1

2

tng ích ngtr uyn t anten phát 1

n anten thu m

tng ích ngtr uyn t anten phát 2n anten thu m

Tín hiu thuc anten m ti

thi im t

Mã STTC ã c tìm bng h thng máy tính cho cht lng tt hn hncác mã STTC tr ên (c thit k bng phng pháp tính toán th công)

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã STTC

Mã STTC ã c tìm bng h thng máy tính cho cht lng tt hn hn các mã STTC tr ên (c thit k bng phng pháp tínhtoán th công) :

Mã 4 trng thái QPSK

Hình 3 Hình 4

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


Mã STTC

4 tr ng thái2 anten phát,1 anten thu

Cht lng gn nh nhau các hình

4 tr ng thái2 anten phát, 2 anten thu

Cht lng mã ã thayi (hình 5 và 6 có cht lng tt hn hình 3)

4, 8 tr ng thái2 anten phát, 1 anten thu

Kt qu mô phng cht lng mã STTC da tr ên t l li khung FER (Frame E rror Rate) và SNR (dùng các hình 1,2,3,4 tr ên)

Tng s tr ng thái thìxác sut li khunggim

7/31/2019 55539879-mimo-ofdm


H thng MIMO-OFDM

Nh có s phân tp mà cht lng tín hiu c ci thin B thu OFDM có chc nng ngc li so vi b phát

Tách chuibo v

FFT

Gii iu ch bng tn c s

Gii mãkhông gian/ thi gian(space/time

coding )Gii iu ch bng tn c s

Tách chuibo v

FFTDòngbit

55539879-mimo-ofdm

Documents