Luận văn Cải thiện chất lượng và dung lượng trong hệ thống thông tin không dây dùng kỹ thuật MIMO-OFDM

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3G (Third-Generation) được tiêu chuẩn hoá bởi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), bắt đầu được phát triển tại Nhật Bản vào tháng 10 năm 2001. Từ đó đến nay 3G đã phát triển nhanh chóng và đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại dịch vụ đa phương tiện. Hệ thống IMT-2000 đề xuất những dịch vụ tốc độ cao từ 64 đến 384 kbit/s và tỷ lệ lưu lượng dữ liệu trên thoại tăng lên. Những dịch vụ đang được phát triển phổ biến hiện nay như : truy cập Internet, thương mại điện tử, e-mail, video theo yêu cầu Đối tượng sử dụng thông tin di động rất đa dạng và nhu cầu ngày càng tăng dẫn đến yêu cầu bức thiết cho sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư 4G (Fourth-Generation). 4G có yêu cầu kỹ thuật dung lượng lớn và tốc độ dữ liệu cao trong khi băng thông cho phép lại không được mở rộng. Yêu cầu đó đã thúc đẩy những nghiên cứu về hệ thống đa đầu vào-đa đầu ra MIMO (Multi Input Multi Output) và đạt được nhiều thành công đáng kể. Như ta đã biết môi trường truyền dẫn vô tuyến rất phức tạp do suy hao, xen nhiễu fading, hiệu ứng Doppler v.v gây ra nhiều khó khăn cho việc nhận dạng tín hiệu tại đầu thu. Các kỹ thuật phân tập góp phần đáng kể trong trong việc giảm fading đa đường. MIMO là một hệ thống đa anten ở đầu phát, đầu thu, áp dụng kỹ thuật phân tập, mã hoá nhằm tăng dung lượng kênh truyền, cải thiện hiệu quả phổ mà không phải tăng công suất phát hay băng thông. Nhiều cấu trúc MIMO đã được đề xuất và đạt được nhiều hiệu quả to lớn như cấu trúc không gian-thời gian lớp dọc của phòng thí nghiệm Bell V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time), mã hoá khối không gian-thời gian STBC (Space-Time Block Coding), mã hoá Trellis không gian-thời gian STTC (Space-Time Trellis Coding) Khi tốc độ truyền dẫn tăng cao trên các kênh truyền băng rộng, đặt biệt là các kênh fading lựa chọn tần số, nhiễu liên ký tự (Inter-Symbol Interference) xuất hiện do độ trễ của kênh truyền, làm tăng tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate) một cách đáng kể. Để giải quyết vấn đề này, một kỹ thuật điều chế đa sóng mang mang tên ghép kênh phân chia theo tần số sóng mang trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) được áp dụng cho các hệ thống truyền dẫn. OFDM chuyển kênh truyền băng rộng fading lựa chọn tần số thành nhiều kênh truyền fading phẳng băng hẹp và triệt ISI nhờ thêm khoảng bảo vệ có chiều dài lớn hơn độ trễ của kênh truyền vào tín hiệu đã được điều chế. Nhờ những ưu điểm nổi bật mà OFDM đã được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting), truyền hình số DVB (Digital Video Broadcasting), mạng cục bộ chất lượng cao HIPERLAN (High Performance Local Area Networks), mạng cục bộ vô tuyến WLAN (Wireless Local Area Network) theo chuẩn 802.11.a Nhận thấy những tiềm năng to lớn của MIMO và OFDM, các nhà thiết kế đã kết hợp cả hai vào một hệ thống truyền dẫn để tận dụng ưu điểm của chúng. Thành công rực rỡ đã đặt MIMO-OFDM làm nền tảng cho sự phát triển 4G. Trong tương lai, nhiều nghiên cứu sẽ đựơc phát triển để cải tiến chất lượng của hệ thống MIMO-OFDM như về thiết kế các bộ thu, ước lượng kênh truyền, đồng bộ v.v