Tối Ưu Lựa Chọn Cặp Anten Trong Hệ Thống MIMO Sử Dụng Mã Alamouti - Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử

• Tác giả: Phạm Cảnh Hưng
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Tường Nguyên
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Tối ưu lựa chọn cặp anten trong hệ thống MIMO sử dụng mã Alamouti
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. MỞ ĐẦU
• 1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.6. HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. PHÂN TÍCH
• 1.6.2. MÔ PHỎNG
• 1.7. BỐ CỤC LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC TỔNG QUAN
• 2.1. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ - GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐ
• 2.1.1. ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐ
• 2.1.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ M-PSK
• 2.1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ M-QAM
• 2.2. GIẢI ĐIỀU CHẾ
• 2.2.1. CÁC HIỆN TƯỢNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
• 2.2.1.1. HIỆU ỨNG ĐA ĐƯỜNG (MULTIPATH)
• 2.2.1.2. HIỆU ỨNG DOPPLER
• 2.2.1.3. SUY HAO TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN
• 2.2.1.4. HIỆU ỨNG BÓNG RÂM (SHADOWING)
• 2.3. CÁC MÔ HÌNH THỐNG KÊ CỦA KÊNH TRUYỀN FADING
• 2.3.1. RAYLEIGH FADING
• 2.3.2. RICEAN FADING
• 2.4. CÁC KỸ THUẬT PHÂN TẬP
• 2.4.1. PHÂN TẬP THỜI GIAN
• 2.4.2. PHÂN TẬP TẦN SỐ
• 2.4.3. PHÂN TẬP KHÔNG GIAN
• 2.5. TỔNG QUAN MIMO
• 2.5.1. DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG MIMO
• 2.5.2. ĐỘ LỢI HỆ THỐNG MIMO
• 2.5.3. MÃ HÓA KÊNH TRUYỀN
• 2.6. MÃ KHỐI KHÔNG GIAN - THỜI GIAN (STBC)
• 2.6.1. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
• 2.6.2. SƠ ĐỒ ALAMOUTI MỞ RỘNG
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA VIỆC CHỌN LỰA ANTEN TRONG HỆ THỐNG MIMO SỬ DỤNG MÃ ALAMOUTI
• 3.1. LÝ DO LỰA CHỌN ANTEN
• 3.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ KÊNH TRUYỀN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. BER CỦA ĐIỀU CHẾ M-PSK & M-QAM TRÊN KÊNH TRUYỀN RAYLEIGH
• 4.2. TÁC ĐỘNG CỦA SỐ LƯỢNG ANTEN PHÁT - PHÂN TẬP PHÁT
• 4.3. BER CỦA HỆ THỐNG CHỌN LỰA ANTEN PHÁT
• 4.3.1. BER CỦA HỆ THỐNG CHỌN LỰA ANTEN PHÁT
• 4.3.2. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LỰA CHỌN ANTEN VỚI LÝ THUYẾT
• 4.4. TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH LỰA CHỌN ANTEN PHÁT LÊN ĐỘ PHÂN TẬP
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. KẾT LUẬN
• 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ thống MIMO và mã Alamouti

Hệ thống MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) là công nghệ truyền thông không dây sử dụng nhiều anten ở cả phía phát và thu để tối ưu hóa tốc độ truyền dữ liệu và giảm thiểu lỗi. Mã Alamouti là một kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian, được sử dụng để đạt được độ lợi phân tập cao trong hệ thống MIMO. Luận văn này tập trung vào việc tối ưu lựa chọn cặp anten trong hệ thống MIMO sử dụng mã Alamouti, nhằm giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống mà vẫn duy trì hiệu suất cao.

1.1. Lý do chọn đề tài

Việc sử dụng nhiều anten trong hệ thống MIMO làm tăng chi phí và độ phức tạp. Tối ưu lựa chọn cặp anten là giải pháp giúp giảm số lượng anten cần sử dụng mà vẫn khai thác được ưu điểm của MIMO. Mã Alamouti được chọn vì tính hiệu quả trong việc đạt độ lợi phân tập cao với cấu trúc đơn giản.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là xây dựng hệ thống MIMO sử dụng mã Alamouti với tối ưu hóa lựa chọn cặp anten, giảm số lượng anten và bộ xử lý cao tần, đồng thời duy trì hiệu suất truyền dẫn cao.

II. Cơ sở lý thuyết và kỹ thuật liên quan

Luận văn nghiên cứu các kỹ thuật điều chế như M-PSK và M-QAM, cùng với các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền như hiệu ứng đa đường và suy hao đường truyền. Kênh truyền Rayleigh được sử dụng để mô phỏng môi trường truyền dẫn không dây. Mã khối không gian-thời gian (STBC) và mã Alamouti được phân tích chi tiết để hiểu rõ cơ chế hoạt động và ưu điểm của chúng.

2.1. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế

Các kỹ thuật điều chế như BPSK và 16-QAM được nghiên cứu để xác định mối liên hệ giữa BER và loại điều chế. Đây là cơ sở để tính toán BER của toàn hệ thống.

2.2. Hiện tượng ảnh hưởng đến kênh truyền

Các hiện tượng như hiệu ứng đa đường, hiệu ứng Doppler, và suy hao đường truyền được phân tích để hiểu rõ tác động của chúng lên chất lượng kênh truyền.

III. Tối ưu hóa lựa chọn cặp anten trong hệ thống MIMO

Luận văn đề xuất giải thuật tối ưu lựa chọn cặp anten dựa trên thông số kênh truyền và mã Alamouti. Giải thuật này giúp chọn ra cặp anten phù hợp nhất để đạt được BER thấp nhất và SNR cao nhất. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đạt được độ lợi phân tập đầy đủ với SNR cao, tương đương với việc sử dụng tất cả anten.

3.1. Giải thuật lựa chọn anten

Giải thuật dựa trên thông số kênh truyền và mã Alamouti để chọn cặp anten tối ưu. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được BER thấp và SNR cao với số lượng anten giảm.

3.2. Ảnh hưởng của số lượng anten

Nghiên cứu cho thấy việc tăng số lượng anten phát không cải thiện đáng kể BER nếu đã sử dụng giải thuật tối ưu lựa chọn cặp anten.

IV. Kết quả mô phỏng và đánh giá

Kết quả mô phỏng trên Matlab cho thấy hệ thống sử dụng mã Alamouti và tối ưu lựa chọn cặp anten đạt được BER thấp hơn so với hệ thống không sử dụng giải thuật này. Điều này chứng tỏ hiệu quả của giải thuật trong việc cải thiện chất lượng truyền dẫn.

4.1. Kết quả mô phỏng BER

Kết quả mô phỏng cho thấy BER của hệ thống giảm đáng kể khi sử dụng mã Alamouti và tối ưu lựa chọn cặp anten.

4.2. So sánh với lý thuyết

Kết quả mô phỏng phù hợp với lý thuyết, chứng minh tính chính xác của giải thuật và mô hình hệ thống.

V. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã chứng minh hiệu quả của việc tối ưu lựa chọn cặp anten trong hệ thống MIMO sử dụng mã Alamouti. Hướng phát triển tiếp theo có thể là nghiên cứu ứng dụng giải thuật này trong các hệ thống truyền thông thực tế như 5G và IoT.

5.1. Kết luận

Giải thuật tối ưu lựa chọn cặp anten giúp giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống MIMO mà vẫn duy trì hiệu suất cao.

5.2. Hướng phát triển

Nghiên cứu ứng dụng giải thuật trong các hệ thống truyền thông hiện đại như 5G và IoT để tăng hiệu quả truyền dẫn.