Tỷ lệ lỗi bit trong hệ thông tin MIMO – OFDM qua kênh Rayleigh

Kỹ thuật MIMO với nhiều ăng ten ở cả phần phát và phần thu là một giải pháp hiệu quả cải thiện dung lượng hệ thống. OFDM là kỹ thuật thường dùng để giảm fading gây ra bởi kênh truyền. Trong bài này, chúng tôi xét tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hệ thống MIMO – OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa không - thời gian (STBC) với điều chế QAM và so sánh với hệ thống OFDM. Kết quả cho thấy chất lượng của hệ thống MIMO – OFDM cao hơn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tỷ lệ lỗi bit trong hệ thông tin MIMO – OFDM qua kênh Rayleigh CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 TỶ LỆ LỖI BIT TRONG HỆ THÔNG TIN MIMO - OFDM QUA KÊNH RAYLEIGH BIT ERROR RATE OF MIMO – OFDM COMMUNICATION SYSTEMS OVER THE RAYLEIGH CHANNEL ThS. NGUYỄN THANH VÂN Khoa Điện – ĐT, Trường ĐHHH Việt Nam ThS. LƯƠNG THỊ MINH THÚY Đại học Khoa học Tự nhiên ThS. PHÍ THỊ NHƯỜNG Học viện An Ninh Tóm tắt Kỹ thuật MIMO với nhiều ăng ten ở cả phần phát và phần thu là một giải pháp hiệu quả cải thiện dung lượng hệ thống. OFDM là kỹ thuật thường dùng để giảm fading gây ra bởi kênh truyền. Trong bài này, chúng tôi xét tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hệ thống MIMO – OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa không - thời gian (STBC) với điều chế QAM và so sánh với hệ thống OFDM. Kết quả cho thấy chất lượng của hệ thống MIMO – OFDM cao hơn. Abstract MIMO technique with multiple antennas at both transmitter and receiver is effective solution to improve the system capacity . OFDM is a popular technique for mitigating channel fading. In this paper we analyze BER versus SNR of MIMO – OFDM system using STBC technique with QAM modulation and compare with OFDM system. The results show that the MIMO – OFDM system is better . Keywords: MIMO - OFDM system, QAM modulation, Space Time Block Code STBC. 1. Đặt vấn đề Hệ thống thông tin di động luôn luôn phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ, sự tin cậy và dịch vụ đa dạng [3], [6]. OFDM đã được ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB-T, thông tin hữu tuyến DSL, thông tin vô tuyến IEEE 802.11a/g/n... MIMO cũng đã được sử dụng trong 3G. Việc kết hợp MIMO – OFDM để phát huy những ưu điểm của chúng nhằm dùng trong các thế hệ tiếp sau: 4G, IEEE 802.16… đã có nhiều nghiên cứu và thử nghiệm với hệ này, chẳng hạn như: [7] nghiên cứu về chất lượng hệ MIMO – OFDM dùng điều chế BPSK. Phần nghiên cứu của chúng tôi về hệ MIMO – OFDM trong đó chú ý đến xét tỷ lệ lỗi bit (BER) phụ thuộc vào SNR qua môi trường fading Rayleigh dùng điều chế QAM và STBC nhằm đánh giá chất lượng của hệ thống này. 2. Nội dung, phương pháp và mục đích nghiên cứu 2.1. Nội dung MIMO-OFDM là sự kết hợp của hai kỹ thuật MIMO và OFDM để lợi dụng các ưu điểm như: hiệu suất phổ cao, độ lợi phân tập ăng ten lớn nên thích hợp cho môi trường đòi hỏi hệ thống băng rộng, chịu fading đa đường, phụ thuộc tấn số [2]. Một chuỗi tín hiệu đầu vào sẽ được khối MIMO (điều chế và mã hoá) thành các dãy tín hiệu riêng biệt. Từng dãy tín hiệu này sẽ được đưa vào khối phát OFDM tương ứng để chuyển thành các tín hiệu MIMO-OFDM băng gốc. Sau đó được đưa đến khối TX để chuyển thành tín hiệu cao tần (khi cần thiết) và truyền đi qua các ăng ten. Ngược lại với khối phát, ở khối thu sẽ giải mã và tổng hợp các dãy tín hiệu thành chuỗi tín hiệu ban đầu. Trong thực tế hệ MIMO thường dùng khối STBC (Space Time Block Code) - một kỹ thuật được sử dụng để truyền nhiều phiên bản của dòng dữ liệu qua nhiều anten và sử dụng các phiên bản của dữ liệu nhận khác nhau để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận [8]. Dữ liệu sẽ được truyền trong các khối đã được mã hoá và chúng được phân phối qua các ăng ten trong không gian theo thời gian [4]. Về mặt toán học để đơn giản ta xét trường hợp 2 ăng ten phát và 2 ăng ten thu dùng STBC (kiểu Alamouti) với hệ OFDM gồm NC sóng mang. Dữ liệu ban đầu được đưa vào bộ STBC từng khối gồm 2NC ký hiệu x1, x2,…, x2NC . Ở lối ra bộ mã hóa STBC ký hiệu được sắp xếp lại thành 2 luồng: 32 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014  CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Luồng 1: x1, -x2*…,x2k-1, -x2k*…, x2NC-1, -x2NC* Luồng 2: x2, x1*…,x2k, x2k-1*…,x2NC, x2NC-1* Các luồng tín hiệu này được đưa đến hệ thống phát OFDM với các kỹ thuật cần thiết để phát ra ăng ten. Tín hiệu thu được từ ăng ten qua hệ thống thu OFDM với các kỹ thuật cần thiết được tách ra thành 2 luồng: Luồng 1: y1,1, y1,2….y1,2NC Luồng 2: y2,1, y2,2….y2,2NC Các luồng tín hiệu này được đưa đến bộ giải mã nếu kênh truyền đã biết. Trong trường hợp kênh truyền không biết phải chèn tín hiệu pilot theo quy tắc trực giao để tại nơi thu tín hiệu nhận được chỉ do 1 ăng ten phát. Như vậy, nhờ tín hiệu pilot xác định được kênh truyền. Nhờ đó việc giải mã được thực hiện cùng một lúc với 4 tín hiệu ở 2 chu kỳ liên tiếp tại ăng ten thu [1] qua bộ tổ hợp với: 2 2 2  hi, j h 2 * x1 = x1 + j ,1 W1j + h j ,2 (W2j ) * (1) i 1 j 1 j 1 2 2 2  h j ,i h 2 x2 = x2 + * j ,2 W1j - h j ,2 (W2j ) * (2) i 1 j 1 j 1 Trong đó: W ij tập âm Gauss, trung bình bằng 0, có giá trị ...