Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM

2 Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti



Hình 3.3 Máy thu MIMO-OFDM Alamouti

Xét hệ thống 2x1 Alamouti như hình trên :

Đầu tiên dữ liệu phát được mã hố khơng gian - thời gian sử dụng mã khối

không gian thời gian Alamouti. Mỗi luồng mã hoá tương ứng với một anten phát

được điều chế bởi OFDM K sóng mang con. Kí hiệu khoảng thời gian symbol của

dữ liệu phát là T, do đó khoảng thời gian symbol của số symbol sóng mang con là T s

= T . K. Việc mã hoá khơng gian thời gian được thực hiện trên mỗi sóng mang con

k ⋲ {0,1,…,K}, STBC Alamouti được thực hiện trên 2 khối ( 2 symbols) liên tiếp

như hệ thống STBC đơn sóng mang. Điều này có nghĩa là nếu dữ liệu đầu vào là 2

khối với độ dài K .



X 1 [X 1[0], X 1[1],..., X 1[K  1]]T

X 2 [X 2 [0], X 2 [1],..., X 2 [K  1]]T



(3.2)



Q trình mã khơng gian thời gian được thực hiện trong khối như sau :



X 1 X 2* �

E�

�space



X 2  X 1* �





 ���

time �



(3.3)



Mỗi luồng STBC được đưa đến bộ chuyển đổi nối tiếp-song song để vào K

luồng phụ ( sóng mang con). Theo cơng thức (3.3) ta có sóng mang phụ thứ k :

S1,1[k ]S1,2 [k ] � �



X 1[k ] X 2*[k ] �



�space



� �

*

S

[

k

]



S

[

k

]

X

[

k

]



X

[

k

]





2,1

2,2





2

1

 ���

time �



E�



(3.4)



Điều này có nghĩa rằng tại khe thời gian t=1, anten thứ nhất phát X 1[k] và

anten thứ hai phát X2[k] thơng qua sóng mang phụ thứ k. Tại khe thời gian kế tiếp

39



Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti

*

*

t=2, anten thứ nhất phát  X 2 [k ] và anten thứ hai phát X 1 [k ] thông qua sóng mang



phụ thứ k.

Tín hiệu được đưa qua bộ IFFT trở thành tín hiệu ở miền tần số. Qua bộ CP,

chèn C mẫu tín hiệu, độ dài của symbol OFDM trở thành (K+C)T s. Tín hiệu

Alamouti-OFDM được gửi từ anten thứ i tại khe thời gian t ⋲ {1,2} được biểu diễn

theo công thức :



xn ,t [l ]=

Với



S n , t [k ]



K  C 1



� Sn,t [k ]e



j 2



( l C )

K



k 0



(3.5)



từ mã Alamouti truyền từ anten i trong khe thời gian t thơng qua



sóng mang phụ thứ k.

Kênh truyền đa đường giữa anten phát và thu có thể được mơ tả bởi P-tap.

Kênh truyền có thể biểu diễn theo công thức:

P 1



hn ,t [n]  �hi(,lp ) [n] [n  p ]

p 0



(3.6)



] là kí hiệu bởi hàm đáp ứng xung Dirac. Tại máy thu, tín hiệu thu

Với  [�



của từ mã Alamouti sử dụng mơ hình kênh truyền P-tap:

N 2



yt [l ]  �hn,t [n] �xn,t [l ]  zl [l ]

n 1



N  2 P 1



 ��hi(,lp ) [n]xn,t [l  p ]  zt [l ]

n 1 p  0



(3.7)



Với � kí hiệu cho tích phân chập và zl [n] là nhiễu trắng Gaussian phức, N

là số anten phát. Nếu độ dài CP được chọn lớn hơn trải trễ lớn nhất  max  ( P  1) ,

sau khi loại bỏ CP của tín hiệu thu yt [l ] và thực hiện FFT để giải điều chế tín hiệu ở

sóng mang phụ thứ k được cho bởi công thức:

N 2



Yt [k ]  �Sn ,t [k ]H n ,t [k ]  Z t [k ]

n 1



(3.8)

40



Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti

Với :

P 1



H n,t [k ]  �hnp,t [l ]e



j



2 kp

N



p 0



(3.9)



Là đáp ứng tần số kênh truyền từ anten phát n đến anten thu trong khe thời

gian thứ t và Z t [k ] là mẫu nhiễu ở miền tần số.

K 1



Z t [k ]  �zt [l ]e



j



2 kl

K



(3.10)



l 0



Đáp ứng kênh truyền tần số có thể được tính toán bởi:



H n ,t [k ]  hnH,t w kK, p



(3.11)



Với:

H



hn ,t  �

hn ,t [l , 0], hn ,t [l ,1],..., hn ,t [l , K  1]�





T



w kK, p  �

1, e  j 2 k1/ K ,..., e  j 2 k ( P 1)/ K �







(3.12)



(�

)T  ,(�

) H kí hiệu của chuyển vị và chuyển vị phức, tương ứng.



Sử dụng ma trận, chúng ta có thể viết lại tín hiệu thu ở (3.8) như sau:

Y [ k ]  H [k ] X [ k ]  Z [k ]



(3.13)



Với :



(3.14)



Cho rằng kênh truyền fading biến đổi chậm :

41



Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti





, chúng ta có :



(3.15)

Cho ma trận kênh truyền H[k] ước lượng một cách hồn hảo, ta có:



(3.16)

Với :

(3.17)

Dựa vào bộ giải mã ML, ta có:



, t{1,2}



(3.18)



Với :

(3.19)

Với



là chòm sao tín hiệu .



3.2.2 Ảnh hưởng của PAPR trong hệ thống MIMO-OFDM

- Tỉ số cơng suất đỉnh trên cơng suất trung bình là một trong những hạn chế

cơ bản của kĩ thuật OFDM trong các hệ thống MIMO-OFDM. Khi tỉ số này cao,

việc sử dụng bộ khuyếch đại công suất (HA) sẽ khơng đạt hiệu suất cao vì phải

dành dự trữ cơng suất để tránh nhiễu phi tuyến. Như vậy, giảm PAPR là yêu cầu

quan trọng của hệ thống MIMO-OFDM.

42



Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti

- PAPR được định nghĩa là tỉ số cơng suất đỉnh tức thời trên cơng suất trung

bình. Được biểu diễn bởi cơng thức tốn học sau :

(3.20)



Hình 3.4 Sự xuất hiện đỉnh cao trong hệ thống đa sóng mang

Với s(t) là kí tự đa sóng mang trong khoảng thời gian 0 < t < Ts. Điều đó có

nghĩa là PAPR được đánh giá trên mỗi kí tự OFDM.

- PAPR biểu diễn dải biên độ của các mẫu tạo ra bên máy phát tín hiệu

OFDM. Nói cách khác, PAPR biểu diễn khoảng cách đến gốc của ký tự trong khơng

gian tín hiệu.

- Hệ thống điều chế pha M mức (M-PSK) : Do các ký tự trong khơng gian

tín hiệu chỉ khác nhau về pha trong khi độ lớn bằng nhau nên PAPR=1.

- Có hai phương pháp giảm PAPR chính :

 Đưa thêm một số thơng tin hỗ trợ (data, mã) vào ký tự OFDM.

 Sử dụng các xử lý khơng gian tín hiệu (QAM, DPSK) sao cho tín hiệu

miền thời gian sau bộ IFFT có PAPR thấp.

3.3



Ứng dụng công nghệ MIMO-OFDM trong Wimax và LTE

MIMO-OFDM được sử dụng trong lớp vật lý của các giao thức như là



Wimax, 3GPP LTE, và IEEE 802.11n. Chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về 2 công

nghệ Wimax và 3GPP LTE cũng như ứng dụng của các kĩ thuật MIMO và OFDM

trong 2 công nghệ mới này.

43



Chương 3 : Hệ thống MIMO-OFDM Alamouti



Hình 3.5 Lộ trình phát triển của thơng tin di động

Sơ đồ trên cho thấy được sự phát triển của thông tin di động trải qua nhiều

giai đoạn và Wimax cùng với 3GPP LTE đang là các công nghệ mới nhất được sử

dụng tại các nhà mạng. Tại Việt Nam, LTE cũng đang được triển khai thử nghiệm ở

một vài thành phố lớn.

3.3.1 Ứng dụng MIMO-OFDM trong mạng vô tuyến của LTE

LTE là thế hệ thứ tư (4G) tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.

3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung

cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn

giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở

các thiết bị đầu cuối.

Các mục tiêu của công nghệ này là:

-



-



Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz





Tải xuống : 100 Mbps







Tải lên : 50 Mbps



Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1



MHz so với mạng HSDPA :



-







Tải xuống : gấp 3 đến 4 lần







Tải lên : gấp 2 đến 3 lần



Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0-15 km/h. Vẫn



hoạt động tốt với tốc độ từ 15-120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi

44



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×