Chương 1: Giới thiệu tổng quan; Giới thiệu lý do chọn đề tài “ Ứng dụng mã QC LDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST” Thông qua đó trình bày về mục tiêu và đối tượng nghiên cứu cũng như ý nghĩa thực tiễn của đề tài.TS Phạm Hồng Liên -Trang 9 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST Chương 2: Kênh truyền vô tuyến; Giới thiệu cơ chế lan truyền tín hiệu trong không gian bị ảnh hưởng rất nhiều yếu tố như nhiễu Gaussian (AWGN) các hiện tượng fading, hiệu ứng đa đường, hiệu ứng doppler, suy hao tín hiệu trên đường truyền. Chương 3: Cấu trúc bộ mã QC LDPC; Trình bày đ ặc điểm của mã LDPC, thông qua đó tiến hành xây dựng bộ mã Quasi Cyclic LDPC, các thuật toán mã hóa và giải mã bộ mã QC LDPC. Biểu diễn các kết quả mô phỏng vẽ đồ thị BER tương ứng với các thông số SNR khác nhau của mã QC LDPC Chương 4: Tổng quan về hệ thống MIMO; Trình bày về các kỹ thuật phân tập như phân tập không gian, phân tập tần số, phân tập thời gian. Qua đó giới thiệu phương pháp mã hóa, giải mã mã khối không gian thời gian trong hệ thống MIMO gồm cả phân tập thu (nhiều anten thu) và phân tập phát (nhiều anten phát).
Phân tích các hệ thống phân tập mức cao với số lượng lớn ăn-ten, ứng dụng phương pháp của Alamouti. Ta sẽ phân tích hoạt động của các mã này trong đi ều kiện ước đoán kênh không tuyệt đối và các kênh fading Rayleigh chậm tương ứng. Chương 5: Mô hình MIMO - QC LDPC và kết quả mô phỏng; Tiến hành xây dựng một mô hình hệ thống truyền tin bằng cách truyền một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên sau khi được mã hóa QC LDPC vàđư ợc điều chế theo các kiểu như QPSK, 8QAM, 16QAM. để truyền đến bộ mã hóa Alamouti vào hệ thống MIMO sau đó được giải mã ngược lại để thu lại tín hiệu ban đầu.
Phương pháp mô phỏng được sử dụng là kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo, sử dụng phần mềm Matlab tiến hành thực hiện mô phỏng thông số BER của hệ thống được đề xuất như trên khi có sử dụng bộ mã QC LDPC và khi không sử dụng bộ mã QC LDPC Chương 6: Kết luận và kiến nghị; Từ mô hình đ ề xuất sự kết hợp mã QC LDPC vào hệ thống MIMO và thông qua kết quả mô phỏng đạt được tác giả sẽ có những kết luận và kiến nghị cho hệ thống GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên -Trang 10 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST CHƯƠNG 2 KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không dễ dàng trong việc phân tích. Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, các hiện tượng này được gọi chung là fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát.
Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến. Vì vậy để hạn chế ảnh hưởng của kênh truyền vô tuyến và thiết kế hệ thống với các thông số tối ưu, ta phải hiểu được các đặc tính của kênh truyền vô tuyến và mô hình hóa kênh truyền hợp lý. Ta sẽ đi vào tìm hiểu các cơ chế ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu và các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng của kênh truyền.1 Các cơ chế lan truyền của tín hiệu Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống di động: • Phản xạ xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích thước rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF. • Nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi một nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng.
• Tán xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho năng lượng bị trải ra (tán xạ ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng.Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền 2.2 Hiệu ứng đa đường (Multipath) Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu. Điều này xảy ra là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp. Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên -Trang 11 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath propagation).
Đường trễ L α L (t ) τ L (t ) Đường trễ 1 τ 1 (t ) α1 (t ) Máy phát Tx Máy thu Rx Hình 2.1 Mô hình kênh truyền fading đa đường 2.1 Hiệu ứng Doppler Do sự di chuyển giữa máy phát và máy thu, mỗi sóng mang bị dịch đi một lượng tần số. Sự dịch tần của tín hiệu thu do sự di chuyển tương ứng đó được gọi là hiệu ứng Doppler. Tần số sẽ tăng lên khi máy phát tiến về phía máy thu, và sẽ giảm đi khi máy phát đi ra xa máy thu. Đây gọi là hiệu ứng Doppler.
Hiệu ứng này tỉ lệ với tốc độ của thiết bị di động. Tại một trạm với một tín hiệu đơn âm tần số f c được phát đi và một tín hiệu thu được với duy nhất một sóng tới có góc tới θ so với hướng di chuyển của xe như trong hình 2. Khi đó ta có sự thay đổi về pha giữa 2 điểm X và Y là: 2πΔl 2πυΔt ΔΦ = = cos θ (2.1) λ λ Lượng dịch tần Doppler của tín hiệu thu được cho bởi công thức: 1 ΔΦ υ fd = = cos θ = f m cos θ (2.2) 2π Δt λ Trong đó fc, 𝜆𝜆, c là lần lượt là tần số sóng mang, bước sóng sóng mang, vận tốc ánh sáng và dịch Doppler cực đại fm được tính như sau: GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên -Trang 12 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST v fc fm = =v λ c Hình 2.2 Hiệu ứng Doppler 2.2 Suy hao trên đường truyền Mô tả sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đến máy thu. Sự giảm công suất do hiện tượng che chắn và suy hao c ó thể kh ắc phục bằng các phương pháp điều khiển công suất.3 Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các toà nhà cao tầng, các ngọn núi, đồi,… làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm.3 Các mô hình thống kê của kênh truyền fading Phân bố Rayleigh và Rice được sử dụng để mô tả tính chất thống kê thay đổi theo thời gian của tín hiệu fading phẳng.
Sau đây ta sẽ xét các phân bố này và đưa ra các đặc tính cơ bản của chúng.TS Phạm Hồng Liên -Trang 13 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST Hình 2.3 Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh và Ricean 2.1 Rayleigh fading Đầu tiên, chúng ta tập trung vào fading phẳng. Giả sử rằng không có đường truyền thẳng giữa máy phát và thu. Ở một kênh truyền đa đường với I đường, truyền một tín hiệu với tần số sóng mang f c thì tại máy thu sẽ thu được tổng của I đường và thành phần nhiễu Gaussian như sau: I r (t ) = ∑ ai cos(2πf c t + φi ) + η (t ) (2. 3) i =1 với a i và ϕi là biên độ và pha của thành phần thứ i η(t) là thành phần nhiễu Gaussian.
Khai triển công thức (2. 4) i =1 i =1 Thông thường, trong thông tin số, thành phần thứ 1 và thứ 2 của (2.4) thường được I gọi là “đồng pha”và thành phần ” vuông pha ”. Số hạng A = ∑ i =1 ai cos(φi ) và GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên -Trang 14 - HVTH: Nguyễn Đức Lợi TS Đặng Thành Tín Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không gian thời gian ST I B = ∑ a i sin(φi ) là tổng của I biến ngẫu nhiên với các đối tượng trong môi trường i =1 là ngẫu nhiên. Thông thường, với giá trị I lớn thường dùng lý thuyến giới hạn trung tâm để tính toán, các biến ngẫu nhiên A và B là các biến ngẫu nhiên Gaussian độc lập và phân bố đồng nhất (i.d = independent identically distributed).
Đường bao của tín hiệu đến là R = A2 + B 2. Khi các biến A và B là các phân bố i.d Gaussian ngẫu nhiên phân bố không thì đư ờng bao tuân theo phân bố Rayleigh. Hàm mật độ xác suất (pdf = probability density function) của biến ngẫu nhiên Rayleigh là: r − r2 f R (r ) = 2 exp 2 , r≥0 (2. 5) σ 2σ Với σ2 là phương sai của các biến ngẫu nhiên A và B.
Công suất thu có hàm mật độ xác suất như sau: 1 − r2 f ( x) = exp 2 , x≥0 (2. 6) 2σ 2 2σ Các tín hiệu thu được ở (2.4) biễu diễn cho các tín hiệu tương tự tại đầu vào của máy thu. Chúng ta thường xử lý các tín hiệu số băng gốc sau khi cho qua các bộ lọc và bộ lấy mẫu. Ký hiệu một tín hiệu băng gốc thời gian rời rạc là r t.
Thực tế, r t là tín hiệu ngõ ra sau khi đưa qua các b ộ lọc sau khi đã đư ợc giải điều chế với tín hiệu đầu vào là r(t).