Đề tài Các phương pháp mã hóa kênh trong thông tin di động 4G

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 LỜI CAM ĐOAN
 Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ 
Giáo viên hướng dẫn là TS. Lâm Hồng Thạch. Các nội dung nghiên cứu và kết quả 
trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ 
công trình nghiên cứu nào trước đây. 
 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên 
công trình, thời gian, địa điểm công bố.
 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu 
hoàn toàn trách nhiệm.
 Hội An, ngày 05 tháng 05 năm 2012
 Sinh viên thực hiện 
 Nguyễn Thị Thu Hương
GVHD: Lâm Hồng Thạch i SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 LỜI CẢM ƠN
 Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các 
thầy giáo, cô giáo Khoa Khoa học và công nghệ Trường Đại học Phan Châu Trinh, 
những người đã dạy dỗ, trang bị cho em những kíến thức bổ ích trong bốn năm học vừa 
qua.
 Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Lâm Hồng Thạch, người 
đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực tập và làm đồ án.
 Em xin chân thành cảm ơn !
 Hội An, ngày 10 tháng 04 năm 2012
 Sinh viên
 Nguyễn Thị Thu Hương
GVHD: Lâm Hồng Thạch ii SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................x
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................xii
Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ..............................
DI ĐỘNG VIỆT NAM...............................................................................................1 
1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động........................................................ 1
 1.1.1 Mạng thông tin đầu tiên 1G ....................................................................................1
 1.1.2 Mạng thông tin di động thế hệ 2G ..........................................................................1
 1.1.2.1 Công nghệ sử dụng ........................................................................................1
 1.1.2.2 Đặc tính của mạng .........................................................................................2
 1.1.3 Mạng thông tin di động thế hệ 2.5G .......................................................................3
 1.1.3.1 Công nghệ sử dụng ........................................................................................3
 1.1.3.2 Đặc tính của mạng ..........................................................................................3
 1.1.4 Mạng thông tin di động đương đại 3G ....................................................................4
 1.1.4.1 Công nghệ sử dụng ........................................................................................4
 1.1.4.2 Đặc tính của mạng ..........................................................................................6
1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai .................................................................6
 1.2.1 Hướng đến hệ thống 4G .........................................................................................7
 1.2.2 Tìm hiểu sơ lược về hệ thống 4G ............................................................................9
 1.2.3 Mục tiêu thiết kế hệ thống thông tin 4G ................................................................10
 1.2.4.1 Thông tin băng rộng ......................................................................................10
GVHD: Lâm Hồng Thạch iii SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 1.2.4.2 Chi phí thấp ..................................................................................................10
 1.2.4.3 Vùng phủ sóng rộng .....................................................................................11
 1.2.4.4 Dịch vụ đa dạng và dễ sử dụng ...................................................................11
 1.2.4.5 Tốc độ truyền dẫn ........................................................................................12
 1.2.4 Những vấn đề cơ bản trong cấu hình hệ thống 4G ..............................................13
 1.2.5.1. Dung lượng lớn và tốc độ truyền dẫn cao ....................................................13
 1.2.5.3 Kết nối mạng dựa trên công nghệ IP ............................................................13
 1.2.5.4 Cấu hình hệ thống dựa trên IP ....................................................................14
 1.2.5.5 Phân loại và cấu hình cell theo môi trường truyền dẫn ................................15
 1.2.5.6 Thông tin đa phương tiện .............................................................................16
 1.2.5 Công nghệ cho 4G ................................................................................................16
 1.2.6 Kết luận chương ....................................................................................................19
Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG ......................20
2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý ...........................................................................20
 2.1.1 Quá trình mã hóa ..................................................................................................20
 2.1.2 Nguyên lý mã hóa .................................................................................................21
2.2 Vai trò của mã hóa ..............................................................................................22
2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G ...........................................23
 2.3.1 Mã khối ..................................................................................................................23
 2.3.2 Mã xoắn ................................................................................................................26
 2.3.3 Mã turbo ................................................................................................................28
2.4 Mô hình kênh fading và dung lượng hệ thống MIMO trong kênh truyền .........31
 2.4.1 Mô hình kênh fading .............................................................................................31
 2.4.1.1 Fading Rayleigh ............................................................................................31
 2.4.1.2 Fading Rician ...............................................................................................33
GVHD: Lâm Hồng Thạch iv SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.5 Tổng quan về hệ thống thông tin di động MIMO ...............................................34
 2.5.1 Giới thiệu ...............................................................................................................34
 2.5.2 Mô hình hệ thống MIMO .......................................................................................36
2.6 Kết luận chương ................................................................................................39
Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA KÊNH ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG 
TRONG 4G ...............................................................................................................40
3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian ......................................................40
 3.1.1 Giới thiệu ...............................................................................................................40
 3.1.2 Các hệ thống mã hóa không gian thời gian ..........................................................41
3.2 Phân tích đặc tính của mã không gian thời gian ................................................43
3.3 Mã trellis không gian-thời gian (STTC) ............................................................46
 3.4.1 Giới thiệu ..............................................................................................................46
 3.3.1 Hệ thống mã hóa không gian-thời gian ........................................................... ..50
 3.3.2 Tiêu chuẩn thiết kế từ mã không gian-thời gian ....................................................51
 3.3.3 Mã hóa/giải mã STTC trên kênh fading phẳng giả tĩnh ........................................54
3.4 Mã khối không gian-thời gian (STBC) ..............................................................56
 3.4.1 Giới thiệu ...............................................................................................................56
 3.4.2 Đặc tính của hệ thống Alamouti ..........................................................................57
 3.4.3 Mã không gian-thời gian Alamouti .......................................................................58
 3.4.3.1 Mã hóa không gian-thời gian Alamouti .........................................................63
 3.4.3.2 Giải mã Maximum Likelihood và Combining .................................................66
3.5 Hệ thống Alamouti với nhiều anten thu .............................................................67
 3.5.1 Trường hợp 1 anten phát 2 anten thu ..................................................................68
 3.5.2 Trường hợp 2 anten phát 1 anten thu ...................................................................70
GVHD: Lâm Hồng Thạch v SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 3.5.3 Trường hợp 2 anten phát 2 anten thu ...................................................................71
3.3 So sánh giữa STBC VÀ STTC ..........................................................................74
3.4 Quá trình áp dụng mạng thông tin di động 4G cho viettel .................................76
KẾT LUẬN ..............................................................................................................78
GVHD: Lâm Hồng Thạch vi SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
 3G Third generation Thế hệ thứ 3
 4G Fourth generation Thế hệ thứ 4
 A
 ARM Adaptive multi rate Tốc độ đa thích ứng
 ARQ Automatic repeat request Yêu cầu lặp lại tự động
 AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian trắng cộng
 B
 BER Bit error rate Tỷ lệ lổi bit
 BPSK Binary phase shift keying Khoá dịch pha nhị phân
 C
 CDMA Code division multiple access Đa truy cập phân chia theo mã
 CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư chu trình
 CSI Channel state information Thông tin trạng thái kênh
 D
 DAB Digital audio broadcasting Phát thanh số
 DPSK Differential phase shift keying Khoá dịch pha vi sai
 DVB Digital video broadcasting Truyền hình số
 E
 EXIT Extrinsic information transfer Chuyển giao thông tin ngoài
 F
 FEC Forward error correction Sủa lổi trước
 FER Frame error rate Tỷ lệ lổi khung
 G
GVHD: Lâm Hồng Thạch vii SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 GPRS General packet radio services Dịch vụ vô tuyến gói chung
 H
 HSPA High speed packet access Đa truy cập gói tốc độ cao
 I
 IEEE Institute of Electrical and Viện nghiên cứu kỹ thuật điện và 
 Electronic Engineers điện tử
 i.i.d Independent identically Sự phân bố độc lập nhau
 distributed
 L
 LLR Log-likelihood ratio Tỷ lệ đoạn cực đại
 LOS Line-of-sight Nhìn thẳng
 LTE Long term evolution Sự phát triễn trong tương lai
 LST Layered space-time Tầng không gian thời gian
 M
 MAP Max a posteriori Giá trị cuối lớn nhất
 MC-CDMA MultiCarrier Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã 
 Multiple Access điều chế đa sóng mang 
 MIMO Multiple-input Multiple-output Nhiều anten ra, nhiều anten vào
 MLSE Maximum likelihood sequence Khả năng giống nhất
 estimator
 MMS Multimedia messages service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
 MMSE Minimum mean square error Lổi bình phương trung bình nhỏ 
 nhất
 MMS Maximal ratio combining Kết hợp tỷ lệ tối đa
 N
 NLOS Non line of sight Khuất
GVHD: Lâm Hồng Thạch viii SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 O
 OFDMA Othogonal frequency division Đa truy nhập phân chia tần số trực 
 multiple access giao
 P
 PCBC Parallel concatenated block Mã khối kết nối song song
 coder
 PCCC Parallel concatenated Mã xoắn kết nối song song
 convolutional coder
 PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất
 PSF Phase shift keying Điều chế khoá dịch pha
 Q
 QAM Quadrature amplitude Điều chế biên độ cầu phương
 modulation
 QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương
 QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ
 S
 SER Symbol error rate Tỷ lệ lổi hệ thống
 SCBC Serial concatenated block coder Mã khối theo thứ tự nối tiếp
 SCCC Serial concatenated Mã xoắn theo thứ tự nối tiếp
 convolutional coder
 SNR Signal to noise ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
 S/P Serial-to-parallel Nối tiếp/song song
 ST Space-time Không gian thời gian
 STC Space-time code Mã không gian thời gian
 SCBC Space-time block codes Mã khối không gian thời gian
GVHD: Lâm Hồng Thạch ix SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 STTC Space-time trellis code Mã hoá lưới không gian thời gian
 SVD Singular value decomposition Phân tích giá trị riêng
 T
 TCM Trellis coded modulation Điều chế mã trellis
 U
 UE User equipment Thiết bị người dung
 UMB Ultra Mobile Broadband Di động băng tần siêu rộng
 UMTS Universal mobile Hệ thống viễn thông di động toàn 
 telecommunication systems cầu
 UTRAN Universal terrestrial radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất 
 access network toàn cầu
 W
 WCDMA Wideband code division access Đa truy nhập phân chia theo mã 
 băng rộng
GVHD: Lâm Hồng Thạch x SVTH: Nguyễn Thị Thu Hương