1

2

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O

Cơng trình đư c hoàn thành t i

Đ I H C ĐÀ N NG

Đ I H C ĐÀ N NG

NGUY N VĂN THAO
Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N LÊ HÙNG

NGHIÊN C U CÁC K THU T PHÂN T P Đ
NÂNG CAO CH T LƯ NG H TH NG THÔNG TIN
DI Đ NG TH H TH 4 (4G/LTE)

Chuyên ngành: K thu t Đi n t

Ph n bi n 1: PGS.TS. TĂNG T N CHI N

Ph n bi n 2: TS. NGƠ VĂN S

Mã s : 60.52.70

TĨM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p
th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 21 tháng 7

năm 2012

Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Nguy n Lê Hùng

*. Có th tìm hi u lu n văn t i:
Đà N ng, Năm 2012

- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng


3

4

M! Đ"U

đó d n đ n tín hi u nh n ñư c t i máy thu s( y u hơn nhi'u so v i tín
hi u t i máy phát, làm gi m ñáng k ch t lư ng truy'n thơng.

1. TÍNH C P THI T C#A Đ$ TÀI
H th ng thơng tin di đ ng th h th 3 (3G) ñư c tiêu chu n

Trong h th ng thơng tin di đ ng, k thu t phân t p ñư c s$
d!ng ñ h n ch

nh hư ng c#a fading ña tia, tăng ñ tin c y c#a vi c

hoá b i IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000),


truy'n tin mà không ph i gia tăng công su t phát hay băng thơng. K

b t đ u đư c phát tri n t i Nh t B n vào tháng 10 năm 2001. T đó

thu t phân t p cho phép b thu (receiver) thu ñư c nhi'u b n sao c#a

ñ n nay 3G ñã phát tri n m t cách nhanh chóng và đóng m t vai trị

cùng m t tín hi u truy'n. Các b n sao này ch a cùng m t lư ng

quan tr ng trong vi c phát tri n các lo i d ch v! đa phương ti n trong

thơng tin như nhau nhưng ít có s& tương quan v' fading. Tín hi u thu

đó ph i k đ n d ch v! Video. Tuy nhiên h th ng thơng tin di đ ng

bao g m m t s& k t h p h p lý c#a các phiên b n tín hi u khác nhau

3G v n chưa ñáp ng ñư c nhu c u ngày càng cao c#a ngư i s$

s( ch u nh hư ng fading ít nghiêm tr ng hơn so v i t ng phiên b n

d!ng, các d ch v! băng r ng ngày càng phát tri n nhanh chóng, đ%c

riêng l..

bi t là các d ch v! yêu c u th i gian th&c như IPTV, Video

2. M%C ĐÍCH NGHIÊN C U


Conference, vì v y h th ng thơng tin di đ ng th h th 4 (4G) ra
đ i.

Đ' tài ti n hành tìm hi u nguyên lý ho t ñ ng và nghiên
c u các phương pháp phân t p ñ nâng cao ch t lư ng trong h th ng

Do tính ch t c#a mơi trư ng vơ tuy n, tín hi u RF (Radio

thơng tin di đ ng th h th 4. Phân tích và so sánh, đánh giá các

Frequency) truy'n qua kênh truy'n vô tuy n s( lan t)a trong không

phương pháp phân t p, s$ d!ng ph n m'm chuyên d!ng đ mơ ph)ng

gian , va ch m vào các v t c n phân tán r i rác trên ñư ng truy'n như
xe c , nhà c$a, công viên, sông, núi, bi n … s( gây ra các hi n tư ng
ph n x , tán x , nhi*u x . Khi sóng va ch m vào các v t c n s( t o ra
vô s b n sao tín hi u, m t s b n sao này s( t i ñư c máy thu. Do

các phương pháp phân t p. T đó đưa ra các nh n xét và ch n ra
phương pháp phân t p t i ưu ng v i t ng ñi'u ki n c! th .
3. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U
- Tìm hi u v' h th ng thơng tin di ñ ng 4G

các b n sao này này ph n x , tán x , nhi*u x trên các v t khác nhau
và theo các ñư ng dài ng n khác nhau nên th i ñi m các b n sao này
t i máy thu cũng khác nhau (t c là ñ tr* pha gi,a các thành ph n

- Nghiên c u các phương pháp phân t p ñ nâng cao ch t
lư ng h th ng thông tin di ñ ng 4G.

- Đánh giá, so sánh hi u qu gi,a các phương pháp phân t p.

này là khác nhau) và các b n sao s( suy hao khác nhau (t c là biên ñ
gi,a các thành ph n này là khác nhau). Tín hi u t i máy thu là t-ng

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U

c#a t t c các b n sao này, tùy thu c vào biên đ và pha c#a các b n
sao mà tín hi u t i máy thu ñư c tăng cư ng hay b suy gi m, hi n
tư ng này g i là hi n tư ng fading ña ñư ng (multipath fading). Đi'u

- Thu th p, phân tích các tài li u và thơng tin liên quan đ n
đ' tài


5

- Nghiên c u lý thuy t các k thu t phân t p, mô ph)ng ki m
ch ng lý thuy t và ñưa ra nh n xét, so sánh các k thu t phân t p, tìm
ra k thu t phân t p t i ưu cho t ng ñi'u ki n c! th .

6

CHƯƠNG 1
T(NG QUAN V$ H TH NG THÔNG TIN DI Đ NG 4G
(LTE VÀ LTE-ADVANCED)

5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH'C TI N C#A Đ$ TÀI
H th ng thơng tin di đ ng 4G (LTE/LTE Advance) ñang


1.1. GI)I THI U CHƯƠNG

ñư c nghiên c u và tri n khai t i m t s nư c trên th gi i do tính ưu

1.2. CÁC GIAI ĐO N PHÁT TRI N C#A CÔNG NGH VI N

vi t c#a nó. Trong th i đ i mà các d ch v! yêu c u ch t lư ng cao

THƠNG DI Đ NG

phát tri n nhanh chóng thì vi c nghiên c u các k thu t phân t p

Cơng ngh di đ ng th h th nh t (1G) ra ñ i vào kho ng

nh8m tăng ch t lư ng truy'n tin trong h th ng thông tin di ñ ng 4G

th i gian năm 1980 d&a trên cơng ngh FDMA (đa truy c p phân

mà khơng c n tăng cơng su t phát hay đ r ng băng thơng s( góp

chia theo t n s ); ti p đ n cơng ngh di đ ng th h th 2 (2G) ra ñ i

ph n l n trong vi c gi i quy t các v n ñ' v' ch t lư ng d ch v!.

vào kho ng th i gian năm 1990 d&a trên công ngh TDMA (ña truy

6. K T C U C#A LU N VĂN
Lu n văn g m các ph n chính sau ñây:
Chương 1:


T-ng quan v' h th ng thông tin di ñ ng 4G
(LTE và LTE-Advanced)

Chương 2: K thu t OFDM và đ%c tính kênh truy'n
Chương 3:

Các k thu t phân tâp

Chương 4: K t qu mô ph)ng các k thu t phân t p

c p phân chia theo th i gian); cơng ngh di đ ng th h th 3 (3G) ra
ñ i vào kho ng th i gian năm 2000 d&a trên cơng ngh WCDMA (đa
truy c p phân chia theo mã); cơng ngh di đ ng th h th 4 (4G) ra
ñ i trong kho ng th i gian t năm 2009 ñ n nay, ñã qua giai ño n
tri n khai th$ nghi m ban ñ u và hi n nay ñang tri n khai t i m t s
nư c, d&a trên công ngh OFDM, SDMA- t c là cơng ngh LTE –
LTE ADVANCE.
1.3. CƠNG NGH LTE
1.3.1. Gi i thi u
LTE là th h th tư tương lai c#a chu n UMTS do 3GPP
phát tri n. 3GPP ñ%t ra yêu c u cao cho LTE, bao g m gi m chi phí
cho m9i bit thơng tin, cung c p d ch v! t t hơn, s$ d!ng linh ho t các
băng t n hi n có và băng t n m i, đơn gi n hóa ki n trúc m ng v i
các giao ti p m và gi m ñáng k năng lư ng tiêu th!
cu i.

thi t b ñ u


7


8

1.3.2. Các chu*n c+a cơng ngh LTE
T c đ : T c ñ t i xu ng (Downlink - DL) cao nh t

1.3.3. Ki,n trúc LTE
băng

thơng 20MHz có th lên ñ n 100Mbps, t c ñ t i lên (Uplink - UL)

1.3.3.1. M ng truy nh p vô tuy n
M ng truy nh p vơ tuy n c#a LTE đư c g i là E-UTRAN và
m t trong nh,ng ñ%c đi m chính c#a nó là t t c các d ch v!, bao

có th lên đ n 50Mbps
Đ tr*: Th i gian tr* t i ña ñ i v i d ch v! ngư i dùng ph i

g m th i gian th&c, s( ñư c cung c p qua các kênh chuy n m ch gói.
M t tr m g c m i ph c t p hơn NodeB trong WCDMA, đó

th p hơn 5ms
Đ r ng băng thơng linh ho t: có th ho t đ ng v i băng

là eNodeB (Enhanced NodeB). eNodeB th a hư ng các ch c năng

thông 5MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz, th m chí nh) hơn 5MHz

c#a RNC. eNodeB ch u trách nhi m qu n lý tài nguyên vô tuy n c#a


như 1,25MHz và 2,5MHz

1 ơ, các quy t đ nh chuy n giao, l p bi u cho c ñư ng lên và ñư ng

Tính di ñ ng: T c ñ di chuy n t i ưu là 0-15km/gi , và v n

xu ng trong các ơ c#a mình. eNodeB ñư c n i t i m ng lõi thơng

ho t đ ng t t v i t c ñ di chuy n t 15-120km/gi , th m chí lên ñ n

qua giao di n S1. S1 gi ng như giao di n Iu gi,a m ng lõi và RNC

500km/gi tùy băng t n.

trong WCDMA. Gi,a các eNodeB có giao di n X2 gi ng như giao

Ph- t n s : ho t ñ ng theo ch ñ phân chia theo t n t ho%c
ch ñ phân chia theo th i gian. Đ ph# sóng t 5-100km (tín hi u
suy y u t km th 30), dung lư ng hơn 200 ngư i/cell (băng thông
5MHz)
Ch t lư ng d ch v!: H9 tr tính năng đ m b o ch t lư ng
d ch v! QoS cho các thi t b . VoIP ñ m b o ch t lư ng âm thanh t t,
ñ tr*

di n Iur trong WCDMA.
1.3.3.2. M ng lõi
M ng lõi bao g m nhi'u th&c th ch c năng sau:
- Th c th qu n lý di ñ ng MME
- C ng d ch v (Seving Gateway)
- C ng m ng d li u gói (PDN Gateway)


m c t i thi u (th i gian ch g n như khơng có) thơng qua
1.3.4. Cơ ch, truy.n d n

các m ng chuy n m ch UMTS.
Liên k t m ng: Kh

năng liên k t v i các h

th ng

UTRAN/GERAN hi n có và các h th ng khơng thu c 3GPP cũng s(
đư c đ m b o. Th i gian tr* trong vi c truy'n t i gi,a E-UTRAN và
UTRAN/GERAN s( nh) hơn 300ms cho d ch v! th i gian th&c và
không quá 500ms cho các d ch v! cịn l i
Chi phí: Chi phí tri n khai và v n hành gi m

Đư ng xu ng và ñư ng lên trong LTE d&a trên vi c s$
d!ng nhi'u các cơng ngh đa truy nh p, c! th : ña truy nh p phân
chia t n s tr&c giao cho ñư ng xu ng (OFDMA) và ña truy nh p
phân chia t n s - đơn sóng mang (SC-FDMA) cho đư ng lên.
1.3.4.1. Truy n d n ñư ng xu ng
1.3.4.2. Truy n d n ñư ng lên


9

10

CHƯƠNG 2

K THU T OFDM VÀ Đ2C TÍNH KÊNH TRUY$N

1.4. CƠNG NGH LTE-ADVANCED
1.4.1. Các u c/u c+a LTE-Advanced
1.4.2. Các cơng ngh thành ph/n ñ. xu1t cho LTE-Advanced

2.1. GI)I THI U CHƯƠNG

1.4.2.1. Truy n d n băng r ng hơn và chia s ph t n.
1.4.2.2. Gi i pháp ña anten m r ng

2.2. K THU T OFDM

1.4.2.3. Truy n d n ña ñi m ph i h p

2.2.1. Khái ni m

1.4.2.4. Các b l p và các b chuy n ti p

K thu t OFDM là m t d ng ñ%c bi t c#a k thu t ñi'u ch
ña sóng mang, nó ho t đ ng theo ngun lý truy'n dòng d, li u t c

1.5. SO SÁNH LTE VÀ LTE-ADVANCED
B ng 1.2 So sánh các yêu c u c a LTE và LTE-Advanced
Cơng ngh

đ cao trên các sóng mang con t c đ th p hơn. Các sóng mang con
này ñư c phân b- tr&c giao v i nhau.

LTE


LTE-Advanced

T c ñ Downlink

150 Mbit/s

1 Gbit/s

T c ñ Uplink

75 Mbit/s

500 Mbit/s

Băng thơng Downlink

20 MHz

100 MHz

m9i đ:nh c#a m9i sóng mang con b t kỳ trong nhóm thì các sóng

Băng thơng Uplink

20 MHz

40 MHz

mang con khác b8ng khơng, vì v y các sóng mang này khơng gây


Tính di đ ng

2.2.2. Tính tr3c giao trong h th ng OFDM
Tính tr&c giao c#a các sóng mang con th hi n

- Ho t đ ng t i ưu v i t c - Tương t& như

nhi*u l n nhau.

đ th p (< 15 km/hr)

2.2.3. Mơ hình h th ng OFDM

- V n ho t đ ng t t

LTE
t c

ñ ñ n 120 km/hr

- V n duy trì đư c ho t
đ ng

t c đ

đ n 350

km/hr
Vùng ph# sóng


- Lên đ n 5 Km

- Tương t& như
yêu c u c#a LTE

Dung lư ng

- Cell v i 200 ngư i dùng ho t ñ ng trong 5 MHz

1.6. K T LU N CHƯƠNG

G p 03 l n

LTE

Hình 2.3. Sơ ñ kh i h th ng OFDM

ch9: T i


11

2.2.3.1. B chuy n ñ i n i ti p - song song và song song – n i ti p

12

- H n ch

nh hư ng c#a fading l&a ch n t n s và hi u ng


B chuy n ñ-i n i ti p – song song có nhi m v! chuy n ñ-i

ña ñư ng b8ng cách chia kênh truy'n fading ch n l c t n s thành

dịng d, li u t c đ cao thành N dịng d, li u t c đ th p hơn sao cho

các kênh truy'n con fading ph
hàm truy'n trong kho ng băng thơng đó có th xem là ph
mang OFDM khác nhau.

cách s$ d!ng b chuy n ñ-i n i ti p - song song ta ñã chuy n kênh

2.2.4.2. Như c ñi m

truy'n fading ch n l c t n s thành kênh truy'n fading ph
- Nh y v i hi u ng Doppler.

2.2.3.2. Đi u ch tín hi u OFDM

- T: s cơng su t đ:nh trên cơng su t trung bình PAPR (Peak

Phương pháp đi'u ch đư c s$ d!ng tùy vào vi c dung hòa
gi,a yêu c u t c ñ truy'n d n và ch t lư ng truy'n d n.

- Làm suy gi m m t ph n hi u su t ñư ng truy'n do s$ d!ng

M t s phương pháp ñi'u ch thư ng dùng trong OFDM là:

chu9i b o v .

* M-PSK (Phase Shift Keying)

2.3. Đ2C TÍNH KÊNH TRUY$N C#A K THU T OFDM

* M-QAM (Quarature Amplitude Modulation)
2.2.3.3. B IFFT và FFT
Phép bi n ñ-i IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform)
cho phép ta t o tín hi u OFDM d* dàng b8ng cách đi'u ch N lu ng
tín hi u song song lên N t n s tr&c giao m t cách chính xác và đơn
gi n. Phép bi n đ-i DFT (Discrete Fourier Transform) cho phép ta
gi i ñi'u ch l y l i thơng tin t tín hi u OFDM.
2.2.3.4. Ti n t l p (Cyclic Prefix - CP) trong h th ng OFDM
Đ h n ch

nh hư ng nhi*u xun ký t& (ISI) đ n tín hi u

OFDM, ta chèn thêm kho ng b o v cho m9i ký t& OFDM. Chi'u dài
c#a kho ng b o v ñư c ch n sao cho nó ph i b8ng ho%c l n hơn giá
tr tr i tr* c&c ñ i nh8m duy trì tính tr&c giao gi,a các sóng mang
nhánh và lo i b) ñư c các nhi*u xuyên ký t&.
2.2.4. Ưu ñi4m và như5c ñi4m c+a k thu t OFDM
2.2.4.1. Ưu đi m
- Lo i b) nhi*u liên sóng mang (ICI) và nhi*u xuyên ký t&
(ISI).

to Average Power Ratio) l n.

2.3.1. S3 suy hao
Suy hao là s& suy gi m cơng su t trung bình c#a tín hi u khi
truy'n t máy phát ñ n máy thu do s& h p th! tín hi u b i nư c,
khơng khí, và bi v t ch n, b ph n x t m%t ñ t.
2.3.2. Hi n tư5ng fading ña ñư ng
2.3.2.1. Gi i thi u
Ngoài các nh hư ng do suy hao, can nhi*u, tín hi u khi
truy'n qua kênh vơ tuy n di đ ng s( b ph n x , nhi*u x , tán x , …
gây ra hi n tư ng fading ña ñư ng.
2.3.2.2. Fading Ricean
Do nh hư ng c#a hi n tư ng ña ñư ng, các thành ph n ña
ñư ng ng u nhiên đ n b thu v i nh,ng góc khác nhau. Tuỳ theo đ a
hình kênh truy'n mà gi,a máy phát và máy thu có th t n t i ho%c
khơng t n t i đư ng truy'n tht n t i ñư ng truy'n th

13

14

kênh truy'n có phân b Ricean nên kênh truy'n g i là kênh truy'n

trên các ñư ng khác nhau trong tr* truy'n ña ñư ng. PDP c#a kênh

fading Ricean.

ñư c l y giá tr trung bình trong kho ng khơng gian theo các v trí

2.3.2.3. Fading Rayleigh

khác nhau.

N u kênh truy'n khơng t n t i đư ng truy'n thbao tín hi u truy'n qua kênh truy'n có phân b Rayleigh nên kênh

2.3.7. Kênh truy.n block-fading trên n.n OFDM
2.3.7.1. Tín hi u phát và thu OFDM

truy'n đư c g i là kênh truy'n fading Rayleigh. Khi đó tín hi u nh n

M9i ký t& OFDM bao g m N sóng mang con mang thơng tin

đư c t i máy thu ch: là t-ng h p c#a các thành ph n ph n x , nhi*u

X k ,m (k = 0, 1, 2,..., N-1), trong đó N là kích thư c c#a hàm truy'n

x , và tán x .

Fourier nhanh (FFT) và bi n ñ-i ngư c Fourier nhanh (IFFT) ñư c

2.3.3. Nhi u Gaussian tr ng c ng

s$ d!ng trong truy'n d n đa sóng mang con.

Nhi*u Gaussian tr ng c ng là lo i nhi*u có m t đ ph- cơng
su t đ ng đ'u trong c băng thơng và biên đ tn theo phân b

Sau khi th&c hi n bi n ñ-i ngư c Fourier nhanh và chèn mã

b o v , tín hi u phát c#a ký t& OFDM th m có d ng như sau:

Gaussian. Trong h th ng OFDM, khi s sóng mang con là r t l n thì
h u h t các thành ph n nhi*u khác cũng có th đư c coi là nhi*u
Gaussian tr ng c ng tác ñ ng trên t ng kênh con vì xét trên t ng
kênh con riêng l. thì đ%c đi m c#a các lo i nhi*u này th)a mãn các
ñi'u ki n c#a nhi*u Gaussian tr ng c ng.
2.3.4. Tr6i tr

nh n ñư c trong mi'n t n s có th đư c xác ñ nh như sau:

1

Yk ,m =

N

f
mang thu ñư c s( khác v i t n s sóng mang C ñư c truy'n ñi m t
kho ng g i là t n s Doppler.

Vì kênh truy'n b
mang con th k,

cung c p m t ch: ñ nh c#a vi c phân tán và phân b công su t phát

.

∑y
n=0

n,m

.e

− j 2πkn / N

(2.19)

nh hư ng b i block-fading nên t i sóng

m t nhánh c#a anten thu thì v i b t c m t ký t&

OFDM nào ñ'u cho thông s H như nhau.
Thông s kênh truy'n H t i sóng mang con th k c#a ký t& m
là:

2.3.6. Power delay profile (PDP)
PDP tiêu bi u cho công su t trung bình v i tr* đa đư ng. Nó

N −1

2.3.7.2. Kênh truy n block-fading

2.3.5. Hi u 7ng Doppler
máy phát và máy thu. B n ch t c#a hi n tư ng này là t n s c#a sóng

(2.18)

k =0

T i bên thu, sau khi th&c hi n lo i b) CP và FFT, samples

tín hi u thu tr&c ti p và tín hi u ph n x thu đư c cu i cùng t i b

Hi u ng Doppler gây ra do s& chuy n ñ ng tương ñ i gi,a

N

.∑ X k ,m .e j 2πkn / N

Trong ñó n = 0, 1, 2, ... , N-1

Tr i tr* (Delay spread) là kho ng chênh l ch th i gian gi,a
thu do hi n tư ng fading ña ñư ng.

N −1

1

x n, m =

H k ,m

1
=
N

L −1

∑ .h .e
l =0

l

− j 2.π . k .n / N

(2.25)


15

16

CHƯƠNG 3
Lúc đó tín hi u thu đư c trong mi'n t n s Yk ,m sau khi lo i
b) kho ng b o v và th&c hi n phép bi n ñ-i Fourier nhanh là:

Yk ,m =

1
N

N −1

.∑ y n ,m .e

− j .2.π .k .n / N

n=0

= H k ,m . X k ,m + Z k ,m

CÁC K THU T PHÂN T P
3.1. GI)I THI U CHƯƠNG

(2.26)

3.2. T(NG QUAN V$ PHÂN T P
Trong thơng tin di đ ng k thu t phân t p có th phân ra làm

trong đó:

3 lo i: Phân t p th i gian, phân t p t n s , phân t p không gian

Z k ,m =

1

N

N −1

.∑ z n ,m .e − j .2.π .k / N
n=0

(2.27)

3.2.1. Phân t p th i gian
Trong k thu t phân t p th i gian, m t b n tin s( ñư c truy'n

nhi'u th i đi m khác nhau, ví d! như s$ d!ng các khe th i gian

2.4. K T LU N CHƯƠNG

khác nhau ho%c mã hóa kênh khác nhau.
3.2.2. Phân t p t/n s
Trong k thu t phân t p t n s , tín hi u băng hEp gi ng nhau
s( ñư c truy'n trên các t n s sóng mang khác nhau. Các t n s c n
đư c phân chia đ đ m b o khơng b nhi*u và b

nh hư ng fading

m t cách ñ c l p, không b tương quan nhau.
3.2.3. Phân t p không gian
K thu t phân t p không gian là k thu t s$ d!ng nhi'u anten
ho%c nhi'u chu9i anten đư c x p trong khơng gian t i phía phát ho%c
phía thu. K thu t này cịn đư c g i là k thu t phân t p anten. K
thu t phân t p khơng gian đư c chia thành hai lo i: k thu t phân t p
phát và k thu t phân t p thu.
3.2.3.1 Phân t p phát
Phân t p phát là k thu t s$ d!ng hai hay nhi'u anten

phía

phát đ phát tín hi u, cơng su t phát đư c chia cho các anten phát.
3.2.3.2 Phân t p thu
Là k thu t s$ s!ng nhi'u anten khác nhau

phía thu. Các

anten thu s( thu đư c nhi'u b n sao c#a cùng m t tín hi u truy'n.


17

18

Các b n sao này ch a cùng m t lư ng thơng tin như nhau. Tín hi u

pha các tín hi u t i các nhánh, tuy nhiên nó ch: nhân v i tr ng s

thu bao g m m t s& k t h p h p lý c#a các phiên b n tín hi u khác
nhau.

α i = e − j .θ

i

(a i = 1)

3.4. CÁC K THU T PHÂN T P PHÁT
3.4.1. Sơ ñ; Alamouti hai anten phát v i m:t anten thu

3.3. CÁC K THU T PHÂN T P THU K T H P
3.3.1. K

Sơ ñ Alamouti làm vi c cho t t c các ki u chùm ký t& x1,

thuât phân t p thu k,t h5p l3a ch n (Selection

x2 khác nhau. Tuy nhiên ñ ñơn gi n,

Combining - SC)
Trong k thu t phân t p thu k t h p l&a ch n, tín hi u t i đ u
ra c#a b k t h p là tín hi u t i nhánh có tF s tín hi u trên nhi*u

đây ch: xét BPSK v i truy'n

2 bit trong th i gian hai ký t&. K thu t Alamouti th&c hi n ba bư c
sau:

(SNR) cao nh t.

- Mã hóa và truy'n d n.

3.3.2. K thu t phân t p thu k,t h5p theo ngư8ng (Threshold

- Sơ ñ k t h p t i máy thu.

Combining - TC)

- Quy t c quy t ñ nh kh năng c&c ñ i.

Nguyên lý c#a k thu t này là quét tu n t& t ng nhánh và
xu t ra tín hi u trên nhánh đ u tiên có SNR l n hơn m c ngưGng

γ T cho trư

c.

3.3.3. K thu t phân t p thu k,t h5p theo t9 s t i ña (Maximal
Ratio Combining - MRC)
là t-ng tr ng s c#a t t c các nhánh. Do pha c#a tín hi u s( khác
nhau trên các nhánh, vì v y đ k t h p chính xác các tín hi u đa
đư ng địi h)i ph i đ ng pha các tín hi u này. Vi c đ ng pha đư c
trong đó

ai

Trong kho ng th i gian cho trư c m t ký hi u, hai ký hi u
ñư c truy'n ñ ng th i t hai anten phát. Ký hi u tín hi u phát t
anten m t là x1(k)=x1 và tín hi u phát t anten hai là x2(k)=x2. Trong
th i gian ký hi u ti p theo, x1(k+1) = − x 2 ñư c phát ñi t anten m t
*

Trong k thu t phân t p thu k t h p theo tF s t i ña, ñ u ra

th&c hi n b8ng cách nhân m9i nhánh v i giá tr

3.4.1.1 Mã hóa và truy n d n

α i = ai .e

− j .θ i

,

là m t s th&c b t kỳ, θ i là pha c#a tín hi u trên nhánh

*

và x2(k+1)= x1 ñư c phát ñi t anten hai.
Gi thi t fading khơng đ-i trong th i gian hai ký t& phát, có th vi t:
y = Hx + η
(3.14)
Trong đó vector phía thu: y =  y1

Combining - EGC)
K thu t phân t p thu k t h p cùng ñ l i ñơn gi n hơn k
thu t phân t p thu k t h p theo tF s t i đa. Nó cũng địi h)i ñ ng

T

h2 
h
H =  *1
*
h 2 − h1 
jθ
h1 (k) = h1 (k + 1) = h1 = β1e 1 và

Đ l i kênh truy'n:

th i.
3.3.4. K thu t phân t p thu k,t h5p cùng ñ: l5i (Equal-gain

y*2 

V i

h 2 (k) = h 2 (k + 1) = h 2 = β 2 e

jθ1

(3.15)


19

20

Tín hi u phát và nhi*u Guass:

x = [ x1

T
x 2 ] và η =  η1

η*2 

T

Gi thi t r8ng tr ng thái kênh truy'n là hoàn h o. B k t h p
H

s( th&c hi n nhân vector thu y v i ma tr n chuy n v Hermitian H
đ có:

 h1
~

x = H H y + H Hη =  *
h 2

h 2   y1 
H
. *  + H η
− h 1   y 2 
~
η

*

h 2   h1
.
− h 1  h *2

 h1 2 + h 2
=
0


2

h1

2


0
H

2 .x + H η (3.16)
+ h 2 
~
η

(3.19)

2
2

*
1 1

(β + β )
γ=
(β + β )σ

2 2
2
2
2
2

∑βn E
(β + β ) E b
b (3.20)
1
=
=
2

2
σ
2
σ
2

E

2
1

b
2

2

2
2

Eb là năng lư ng c#a tín hi u phát, σ = N /2 v i N0 là công su t
2

o

t p âm ñơn biên .

(
γ=

2

2

∑ ∑β

m =1 n =1
2 2
2

2
nm

)

2

σ ∑ ∑ β 2nm

2

2

E s m∑=1 n∑=1 β nm E s
=
2
σ2
2
2

(3.31)

m =1 n =1

Ta th y r8ng các tín hi u k t h p t hai anten nh n ñư c là
gi ng h t v i m t anten thu duy nh t. Vì v y ta có th m r ng h

*
2 2

x 2 = (β12 + β 22 ).x 2 − h1*η*2 + h *2 η1

2

2
1
2
1

phép c ng ñơn gi n c#a t ng anten thu, nghĩa là sơ ñ k t h p này

x1 = (β + β ).x1 + h η + h η

th ng ra hai anten phát và M anten thu d* dàng ñ c i thi n ch t
lư ng h th ng mà khơng c n có nh,ng tính tốn ph c t p.
(3.17)

3.4.1.3 Quy t c quy t ñ nh kh năng c c đ i (ML)
T hai tín hi u ñ u ra b k t h p, nh,ng tín hi u k t h p
này sau đó đư c g$i ñ n b quy t ñ nh kh năng c&c ñ i (ML) và s(
ch n x1 và x2 sao cho:

d(~
x 2 , x 2 ) ≤ d(~
x2 ,xk )

3.4.2 Sơ ñ; h th ng Alamouti hai anten phát và hai anten thu
SNR trong trư ng h p này đư c tính như sau:

h 2   x1 
.  + HHη
* 
- h1  x 2 
~
η

Khai tri n (3.16), đư c x1 và x2 như sau:
2
1

(3.18)

Tính SNR t-ng h p (n u coi công su t tín hi u phát chia đ'u
cho hai anten)

3.4.1.2 B k t h p (combiner)

 h 1*
= *
h 2

d(~
x1 , x 1 ) ≤ d(~
x1 , x k )

3.5. K T LU N CHƯƠNG


21

22

CHƯƠNG 4
K T QU< MÔ PH=NG CÁC K THU T PHÂN T P
4.1. GI)I THI U CHƯƠNG
Trong chương này chúng ta s( s$ d!ng Matlab đ mơ ph)ng
các k thu t phân t p, t đó rút ra nh n xét v' ưu như c ñi m c#a
t ng k thu t phân t p. C! th chúng ta s( mô ph)ng các k thu t
phân t p sau:
- Các k thu t phân t p thu k t h p (MRC, EGC, SC, TC)
- K

thu t phân t p phát Alamouti (2Tx*1Rx) và

Alamouti(2Tx*2Rx)
- So sánh k thu t phân t p thu v i k thu t phân t p phát.
4.2. LƯU Đ> THU T TOÁN VÀ K T QU< MƠ PH=NG CÁC
K THU T PHÂN T P THU

Hình 4.10 K t qu mô ph ng các k thu t phân t p thu
Nh n xét: Theo k t qu mô ph)ng, ta th y k thu t phân t p thu

4.2.1. Lưu đ; thu t tốn t?ng quan

TC cho ch t lư ng tín hi u thu kém nh t, k thu t phân t p thu MRC

4.2.2. Lưu đ; thu t tốn th3c hi n k thu t MRC và các k,t qu6

cho ch t lư ng tín hi u thu t t nh t (BER nh) nh t). K thu t phân

mô ph@ng.

t p thu EGC cho ch t lư ng tín hi u thu t t hơn k thu t phân t p thu

4.2.3. Lưu ñ; thu t toán th3c hi n k thu t SC và các k,t qu6 mô

SC. Ch t lư ng c#a tín hi u thu trong k thu t phân t p thu EGC r t

ph@ng

g n v i k thu t phân t p thu MRC.

4.2.4. Lưu ñ; thu t toán th3c hi n k thu t EGC và các k,t qu6

4.3. LƯU Đ> THU T TOÁN VÀ K T QU< MƠ PH=NG CÁC

mơ ph@ng

K THU T PHÂN T P PHÁT

4.2.5. Lưu đ; thu t tốn th3c hi n k thu t TC và các k,t qu6 mô

4.3.1. Lưu ñ; thu t toán t?ng quan

ph@ng

4.3.2. Lưu ñ; thu t tốn Alamouti (2Tx*1Rx)

4.2.6. K,t qu6 mơ ph@ng so sánh các ki4u phân t p thu

4.3.3. Lưu đ; thu t tốn h th ng Alamouti (2Tx*2Rx)

S anten thu là: N_rx=2.

4.3.4. K,t qu6 mô ph@ng k

SNR= 2:1:20

(2Tx*1Rx) và Alamouti (2Tx*2Rx)

thu t phân t p phát Alamouti

Đi'u ch QAM v i m c ñi'u ch M_QAM = 64.

- S gói tin truy'n là 1000

S l n test: N_trial = 350.

- S lư ng song mang con và kích thư c c$a s- ifft/fft là 256

K t qu mơ ph)ng như Hình 4.10.

23

24

- Chi'u dài kho ng b o v ñư c ch n b8ng 1/16 chi'u dài 1

- S gói tin truy'n là 1000

gói tin

- S lư ng song mang con và kích thư c c$a s- ifft/fft là 256
- S pilot ñ ñ ng b là 4

- Chi'u dài kho ng b o v ñư c ch n b8ng 1/16 chi'u dài 1

- Đi'u ch QPSK

gói tin

- Kênh truy'n block fading.

- S pilot đ đ ng b là 4

- Cơng su t các anten b8ng nhau

- Đi'u ch QPSK
- Kênh truy'n block fading.
- Công su t các anten là b8ng nhau

Transmit vs. Receive Diversity

0

10

Alamouti (2Tx, 1Rx)
Maximal-Ratio Combining (1Tx, 2Rx)
-1

Bit Error Rate (BER)

10

-2

10

-3

10

-4

10

0

1

2

3
4
5
6
7
Signal to Noise Ratio (SNR),dB

8

9

10

Hình 4.14 K t qu mô ph ng k thu t phân t p phát Alamouti
(2Tx*1Rx) và Alamouti (2Tx*2Rx)
Nh n xét: T ñ th ta nh n th y phương pháp Alamouti c i

Hình 4.15 K t qu mô ph ng phân t p phát Alamouti (2Tx*1Rx)
và MRC (1Tx*2Rx)
Nh n xét: Theo k t qu mô ph)ng cho th y phương pháp MRC

thi n rõ r t t: l l9i bit (BER) so v i khi không s$ d!ng phân t p. Bên

cho t: l BER và SNR t t hơn Alamouti (2Rx*1Tx) v i cùng m c

c nh đó ta th y khi s anten càng l n thì ch t lư ng tín hi u thu đư c

cơng su t tín hi u .Tuy nhiên do công su t trên m9i anten trong

càng tăng.

Alamouti (2Rx*1Tx) ch: b8ng m t n$a công su t phát c#a anten h

4.4. MÔ PH=NG SO SÁNH GIAA PHÂN T P PHÁT VÀ

th ng MRC. Đi'u đó có tính kh thi h th ng có m c cơng su t gi i

PHÂN T P THU

h n

Trong ph n này ta so sánh gi,a h

th ng Alamouti

(2Tx*1Rx) và k thu t phân t p thu MRC (1Tx*2Rx)


25

26

K T LU N VÀ KI N NGHB

th gi m thi u fading và s$ d!ng k thu t ñi'u ch m c cao hơn ñ

K thu t phân t p đư c s$ d!ng trong h th ng thơng tin di
ñ ng 4G (mà ch# y u là k thu t phân t p anten) c i thi n ñáng k

ch t lư ng c#a h th ng mà không c n ph i tăng công su t phát hay
đ r ng băng thơng. Các phương pháp phân t p thu thư ng s$ d!ng
nhi'u anten

nơi nh n và nó th&c hi n k t h p ho%c l&a ch n và

chuy n đ-i tín hi u đ nâng cao ch t lư ng tín hi u nh n ñư c. Tuy
nhiên, các v n ñ' l n v i cách s$ d!ng cách ti p c n này là chi phí,
kích cG, và cơng su t c#a các thi t b di ñ ng. Vi c s$ d!ng nhi'u
anten và chu9i t n s vô tuy n (RF) làm cho các thi t b di ñ ng l n
hơn và đ t hơn.
Do đó các k thu t phân t p ñã h u như ch: ñư c áp d!ng
cho các tr m cơ s ñ nâng cao ch t lư ng. Thông thư ng m t tr m
cơ s thư ng xuyên ph!c v! hàng trăm ñ n hàng ngàn thi t b di
đ ng. Do đó, phân t p t i tr m cơ s t t hơn so v i t i thi t b di
đ ng v' m%c kinh t . Vì lý do này, k thu t phân t p phát là r t h p
d n và có tính kh thi cao.
M r ng ra chúng ta có th thêm nhi'u anten hơn

tăng t c ñ d, li u, ho%c các y u t tái s$ d!ng nh) hơn trong m t
môi trư ng ña t bào ñ tăng cư ng năng l&c h th ng.
K thu t này cũng có th ñư c s$ d!ng ñ tăng ph m vi ho%c
khu v&c vùng ph# sóng c#a h th ng khơng dây. Nói cách khác, k
thu t m i có hi u qu trong t t c các ng d!ng nơi mà năng l&c c#a
h th ng b h n ch b i fading đa đư ng và do đó, đây có th là m t
cách ñơn gi n và hi u qu ñ gi i quy t nhu c u th trư ng v' ch t
lư ng và hi u qu mà không c n thi t k l i h th ng hi n có.
Lu n văn t p trung nghiên c u v' k thu t phân t p thu và
phân t p phát v i 2 anten phát. Kênh truy'n đư c s$ d!ng đ mơ
ph)ng là kênh truy'n b nh hư ng b i block fading, nơi mà ñáp ng

t n s c#a kênh truy'n trong các kho ng th i gian kh i T ñư c xem
như phmáy thu (ho%c có th hi u b ư c lư ng t i máy thu ho t đ ng r t
chính xác).
Trong tương lai c n nghiên c u

m c ñ sâu hơn b8ng cách

m r ng thêm s anten phát, nghiên c u v' anten MIMO trong h
nơi phát

ñ ph!c v! cho t t c thi t b c m tay t xa. Vì v y ch c ch n đây là
1 gi i pháp mang tính kinh t r t cao.
K thu t Alamouti ñư c ñ' xu t trong lu n văn này là m t
k thu t phân t p phát ñơn gi n ñ c i thi n ch t lư ng tín hi u t i
nơi nh n b8ng cách x$ lý ñơn gi n qua hai anten phát. B c c#a phân
t p là 2 b8ng v i k thu t phân t p thu MRC (b k t h p thu tF l t i
ña) v i m t anten phát v i 2 anten t i nơi thu.
K thu t phân t p anten phát có th c i thi n hi u su t l9i,
t c ñ d, li u, ho%c năng l&c c#a h th ng khơng dây. Đ%c bi t nó có

th ng thơng tin di đ ng th h th 4 (anten MIMO là k t h p gi,a
phân t p phát và phân t p thu). Bên c nh đó c n tìm hi u thêm các k
thu t khác ngoài k thu t phân t p nh8m nâng cao ch t lư ng h
th ng thông tin di ñ ng th h th 4 (4G) ñ có th hi u sâu hơn v'
h th ng thông tin di ñ ng này.