Modula›ia OFDM aplicatƒ MIMO

  • View
    877

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Modula›ia OFDM aplicatƒ MIMO

Universitatea Politehnica Bucure ti Facultatea de Electronic , Telecomunica ii i Tehnologia Informa iei

Modula ia OFDM aplicat MIMO

Coordonator

tiin ific Cuco

Student Ioana Cristina

.l. ing. Adrian P UN

Anul 2010

CuprinsLista de acronime.............................................................................................. 3 Lista de figuri.................................................................................................... 6 Con inutul proiectului pe capitole..................................................................... 7 1. Introducere ........................................................................................... 8 2. MIMO......................................... .......................................................... 8 2.1 Variante MIMO................................................................... 9 2.1.1 SISO............................................................ 9 2.1.2 SIMO.......................................... ..................9 2.1.3 MISO............................ ............................... 10 2.1.4 MIMO.......................... ............................... .10 3. OFDM.................................................................... ...............................11 3.1 Transmisie cu purt toare unic ............................................12 3.2 Transmisie multipurt toare............................................... ...12 3.3 Modula ie OFDM. Avantaje i implementare......................13

4. Tehnologia MIMO-OFDM...................................... .............................16 5. Modelul sistemului MIMO-OFDM.......................... ........................... .18 5.1 Transmi torul.......................................... ............................20

5.2 Receptorul................................................ ........................ ....20 5.3 Modelul matematic........................... ............................... .....22 5.4 Analiza performan ei.............................................................23 6. Implementarea simul rii.............................................. ....................... .....24 6.1 Simulare...................................................... ...........................24 6.2 Rezultate..................................................................... ...........27 7. Concluzii........................................................................ .........................28 8. Direc ii viitoare de cercetare...................................................................29 9. Bibliografie ................................................................... ..........................30

2

Lista de acronime

ADC ADSL ANCOM BER BPSK BS BWA CDMA CIR

Analog to Digital Converter Asymmetric Digital Subscriber Line Autoritatea Na ional pentru Administrare Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Base Station Broadband Wireless Access Code Division Multiple Access Carrier to Interference Ratio i Reglementare n Comunica ii

COFDMCoded Frequency Division Multiplexing DAB DAC DMT DSL DVB-T EV-DO FDM FDMA FEC FFT FTJ GPRS Digital Audio Broadcasting Digital to Analog Converter Discrete Multi-Tone modulation Digital Subscriber Line Digital Video Broadcasting Terrestrial Evolution-Data Optimized Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Fast Fourier Transform Filtru Trece Jos General Packet Radio Service

HIPERLAN High Performance Radio LAN HSDPA ICI ISI IEEE High-Speed Downlink Packet Access Inter Carrier Interference Inter-Symbol Interference Institute of Electrical & Electronics Engineers3

IFFT LAN LOS MAC MAN MB Mb/s MHz MIMO MISO MMSE MP3 NLOS OFDM OFDMA PCS PDA PSK PTP QAM QPSK RF SDMA SIMO SISO SNR STC TDMA UMTS

Inverse Fast Fourier Transform Local Area Network Line Of Sight Medium Access Control Metropolitan Area Network Megabyte Mega bites per second Mega Hertz Multiple Input Multiple Output Multiple Input Single Output Minimum Mean Square Error MPEG Audio Layer III Non Line of Sight Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiplex Access Personal Communications Service Personal Digital Assistant Phase Shift Keying Point to Point Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Radio Frequency Spatial-Division Medium Access Single Input Multiple output Single Input Single Output Sound Noise Ratio Space Time Coding Time Division Multiple Access Universal Mobile Telecommunications System

4

VDSL WiFi WiMax WLAN 3G 3GPP 3GPP2

Very high bit rate Digital Subscriber Line Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless LAN Third Generation of Wireless Communication Technology Third Generation Partnership Project Third Generation Partnership Project 2

5

Lista de figuriFigura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 SISO SIMO MISO MIMO Tehnica multiplex rii cu diviziune n frecven Tehnica multiplex rii cu diviziune n frecven Modula ie OFDM Tehnici de multiplexare Structura temporal a simbolului OFDM Throughput pentru sistemele MIMO-OFDM Emi tor- Receptor pentru MIMO-OFDM ortogonal

Prezen a/ absen a prefixului ciclic Schema transmi torului OFDM

Schema receptorului OFDM Matricea canalului Schema IEEE 802.11n folosind Simulink Rezultate simulare

6

Con inutul proiectului pe capitole

Primul capitol al acestui proiect reprezint o introducere n tehnica MIMO-OFDM. Cel de-al doilea capitol const ntr-o scurt privire de ansamblu asupra sistemelor de antene inteligente, n special MIMO. Avantajele n a avea antene multiple la recep ie i la transmisie sunt prezentate pe parcursul acestui capitol. Al treilea capitol, OFDM ncepe prin a realiza o scurt compara ie ntre multiplexarea cu diviziune n frecven i multiplexarea cu diviziune n frecven ortogonal . Continuarea capitolului se ocup de tehnica OFDM pe larg. Cel de-al patrulea capitol, Tehnologia MIMO-OFDM demonstreaz avantajele introduse de sinergia dintre cele 2 tehnici prezentate n capitolele anterioare. Capitolul cinci, Modelul sistemului MIMO-OFDM, prezint scheme detaliate ale receptorului i emi torului. n acest capitol intervine i o parte din aparatul matematic folosit n cercet ri. Implementarea simul rii, capitolul 6, prezint modul n care Simulink poate fi utilizat pentru a studia performan ele MIMO-OFDM aplicat unui standar IEEE, i anume IEEE802.11n. Capitolul 7, Concluzii, reia o parte din ideile principale prezentate n proiect, dar indic pe scurt o parte din avantajele introduse de aceast nou tehnic , dar i dezavantajele sale. Capitolul 8, Direc ii viitoare de cercetare demonstreaz c domeniul acesta este relativ nou, i c nc nu este exploatat n totalitate. Bibliografia folosit n realizarea proiectului este prezentat n capitolul 9.

7

1. IntroducereMIMO-OFDM este o tehnologie dezvoltat de Iospan Wireless Inc. care folose te mai multe antene pentru a transmite i primi mai multe semnale radio. MIMO-OFDM va permite furnizorilor s implementeze un sistem pentru Acces Wireless de Band Larg (Broadband Wireless Access (BWA)) care are func ionalitate NLOS (Non-Line-of-Sight). Mai precis MIMO-OFDM preia avantajul propriet ilor multicale a mediului folosind antene BS care nu au pierderi de tip LOS. Line-of-Sight este o condi ie n care un semnal parcurge calea aerului n mod direct de la o anten de emisie la o anten de recep ie f r a trece peste vreun obstacol. LOS este o condi ie ideal pentru o transmisie radio deoarece interceptarea propag rii provine din condi iile atmosferice i din caracteristicile frecven elor de operare. ntr-un mediu LOS, semnalul se poate ntinde pe o distan mai mare cu o mai bun putere a semnalului i un throughput m rit. n mod contrar, Non-Line-of-Sight (NLOS), este o condi ie n care semnalul de la o anten de emisie trece peste numeroase obstacole pn ajunge la antena de recep ie. Semnalul poate fi reflectat, refractat, poate suferi difrac ie, absorb ie sau poate fi mpr tiat. Acestea creeaz multiple semnale care vor ajunge la receptor la momente diferite de timp, pe diferite c i, i cu o putere diferit . n consecin , sistemele wireless dezvoltate pentru mediile NLOS trebuie s ncorporeze mai multe tehnici pentru a acopri aceste probleme ceea ce face aceste sisteme mult mai complexe dect cele pentru LOS. Potrivit Iospan: n acest mediu, semnalele radio rico eaz de pe cl diri, copaci i alte obiecte n timp ce se propag ntre cele dou antene. Efectul rico rii produce ecouri sau imagini multiple ale semnalului. Ca rezultat semnalul original i ecourile individuale ajung fiecare la antena de recep ie la momente de timp diferite cauznd ecourile ce interfereaz unul cu cel lalt degradnd astfel calitatea semnalului

2. MIMOSistemul MIMO folose te antene multiple care transmit date simultan, n fragmente mici c tre receptor, care poate procesa fluxul de date i s le pun mpreun . Acest proces denumit multiplexare spa ial , cre te propor ional cu viteza de transmisie a datelor printr-un factor egal cu num rul de antene de emisie. n plus, din moment ce toate datele sunt transmise att n aceea i band de frecven i cu semn turi spa iale separate, aceast tehnic utilizeaz spectrul foarte eficient. Tehnologia MIMO poate transporta de 4-5 ori mai mult informa ie dect cea mai avansat tehnologie utilizat ast zi n re elele 3G (UMTS-HSDPA). Un design de re ea care ncorporeaz tehnologia MIMO ofer scalabilitatea necesar pentru a desc rca rapid con inut multimedia. Cu MIMO, de exemplu o poz de 500 Kb poate fi desc rcat n jum tate de secund sau un fi ier video de 30 Mb poate fi desc rcat n jum tate de minut8

. 2.1 Variante MIMO Di scheme care folosesc mai multe antene la transmi tor sau la