zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Áp dụng tiêu chí tốc độ thông tin cực đại trong thiết kế tiền mã hóa và giải mã cho hệ thống MINO hai chặng có kênh trải trễ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đề xuất phương pháp cải thiện chất lượng hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ bằng cách sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính. Tiêu chí thiết kế bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính là tốc độ thông tin cực đại để hệ thống phù hợp với các ứng dụng yêu cầu truyền với tốc độ thông tin cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Áp dụng tiêu chí tốc độ thông tin cực đại trong thiết kế tiền mã hóa và giải mã cho hệ thống MINO hai chặng có kênh trải trễ

Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Áp Dụng Tiêu Chí Tốc Độ Thông Tin Cực Đại trong Thiết Kế Tiền Mã Hóa và Giải Mã cho Hệ Thống MIMO Hai Chặng có Kênh Trải Trễ Trần Thị Thu Hƣơng và Phạm Thanh Hiệp Khoa Vô tuyến điện tử Học viện Kỹ thuật Quân sự Email: huongttt_10385@mta.edu.vn; phamthanhhiep@gmail.com Abstract— Hệ thống thông tin vô tuyến đa đầu vào - đa Trạm chuyển tiếp có thể đƣợc phân loại theo nhiều đầu ra (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) cài đặt cách khác nhau. Cách phân loại thứ nhất dựa trên trạm chuyển tiếp tạo thành hệ thống MIMO đa chặng, có phƣơng pháp xử lý tín hiệu, trạm chuyển tiếp chia khả năng nâng cao dung lượng hệ thống, tăng diện tích thành ba loại là khuếch đại và chuyển tiếp (AF: vùng phủ sóng và khoảng cách truyền tin. Hiện tượng Amplify-and-Forward), giải mã và chuyển tiếp (DF: truyền sóng đa đường là một hiện tượng phổ biến trong truyền sóng, tạo nên kênh trải trễ gây ra nhiễu xuyên Decode-and-Forward), và nén và chuyển tiếp (CF: dấu (ISI: Intersymbol Interference) làm suy giảm chất Compress-and-Forward) [5]. Trạm chuyển tiếp kiểu AF lượng tín hiệu và hạn chế tốc độ truyền tin. Trong bài thực hiện khuếch đại tín hiệu thu đƣợc rồi phát đi tới báo này, chúng tôi đề xuất phương pháp cải thiện chất trạm tiếp theo. Trạm chuyển tiếp kiểu DF giải mã tín lượng hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ bằng cách hiệu thu, mã hóa lại trƣớc khi phát tới trạm tiếp theo. sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính. Trạm chuyển tiếp kiểu CF nén tín hiệu thu rồi truyền Tiêu chí thiết kế bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính là tới trạm chuyển tiếp theo. Nhƣ vậy, trạm chuyển tiếp tốc độ thông tin cực đại để hệ thống phù hợp với các ứng kiểu AF xử lý tín hiệu đơn giản hơn so với các kiểu còn dụng yêu cầu truyền với tốc độ thông tin cao. Chất lượng lại [3]. Cách phân loại thứ hai dựa trên kỹ thuật triển hệ thống được đánh giá dưới ảnh hưởng của các tham số như mức điều chế, kích thước khối dữ liệu, và số khâu khai, có hai loại trạm chuyển tiếp là trạm chuyển tiếp trải trễ. Hệ thống hai chặng được so sánh với hệ thống một chiều và hai chiều [5]. Trạm chuyển tiếp một chiều đơn chặng và so sánh khi sử dụng các tiêu chí thiết kế nhận tín hiệu từ máy phát rồi truyền tới máy thu, trong khác nhau. Trên cơ sở đó, tùy vào từng ứng dụng cụ thể khi trạm chuyển tiếp hai chiều trao đổi thông tin giữa và yêu cầu về chất lượng tín hiệu để lựa chọn các tham số máy phát và máy thu. Mặc dù trạm chuyển tiếp một phù hợp. chiều có hiệu quả phổ kém hơn so trạm chuyển tiếp hai chiều, hoạt động của trạm chuyển tiếp một chiều đơn Keywords- MIMO, ISI, CSI, MMSE, trải trễ, tiền mã giản hơn [5]. hóa, giải mã. Tín hiệu truyền từ máy phát tới máy thu có thể đi I. GIỚI THIỆU theo đƣờng thẳng (LOS: Light-of-Sight), hoặc chịu ảnh hƣởng của mặt đất, tầng khí quyển, và vật che chắn gây Hệ thống đa đầu vào - đa đầu ra (MIMO: Multiple- ra các hiện tƣợng nhƣ phản xạ, tán xạ, và nhiễu xạ. Input Multiple-Output) đã thu hút đƣợc nhiều nghiên Hiện tƣợng đa đƣờng làm cho tín hiệu tới máy thu tại cứu trong thời gian qua [1]. Hệ thống MIMO sử dụng các thời điểm khác nhau, có biên độ và pha khác nhau. nhiều anten phát và thu để phát đi nhiều luồng dữ liệu Đặc tính kênh truyền nhƣ vậy gọi là kênh trải trễ [6]. song song, do đó nâng cao dung lƣợng hệ thống và Do độ trễ của kênh truyền, các phiên bản của các hiệu quả phổ [2, 3]. Khi tín hiệu truyền từ máy phát tới symbol khác nhau có thể đến máy thu tại cùng thời máy thu, chất lƣợng tín hiệu có thể bị suy giảm đáng kể điểm, gây ra nhiễu xuyên dấu (ISI: Intersymbol do ảnh hƣởng của tổn hao đƣờng truyền, fading đa Interference) [7]. Mặt khác, khi tốc độ dữ liệu càng cao đƣờng và shadowing [3]. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu thì độ rộng symbol càng hẹp, càng dễ xảy ra ISI. Do đã đƣa ra giải pháp cài đặt trạm chuyển tiếp (RS: Relay vậy, ISI gây ra bởi kênh trải trễ không chỉ làm suy Station) giữa máy phát và máy thu tạo thành hệ thống giảm đáng kể chất lƣợng tín hiệu mà còn hạn chế tốc đa chặng. Ƣu điểm của hệ thống đa chặng là khả năng độ truyền tin của các hệ thống đơn sóng mang [8]. Để tăng diện tích phủ sóng, cải thiện chất lƣợng và độ tin nâng cao chất lƣợng tín hiệu của hệ thống đơn sóng cậy của kết nối [4]. Do đó, việc cài đặt trạm chuyển mang có kênh trải trễ, một trong các giải pháp nổi bật tiếp vào hệ thống MIMO tạo thành hệ thống MIMO đa là sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính chặng hứa hẹn khả năng nâng cao dung lƣợng cũng với giả thiết là thông tin trạng thái kênh (CSI: Channel nhƣ chất lƣợng hệ thống. State Information) đƣợc biết trƣớc ở máy phát và máy thu. Một số nghiên cứu đã chứng minh đƣợc ƣu thế của ISBN 978-604-80-5958-3 353
Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) giải pháp này [9, 10]. Các nghiên cứu này đã chỉ ra sự II. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG cải thiện về chất lƣợng tín hiệu trong điều kiện kênh A. Mô hình hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ trải trễ. Trong bài báo này, căn cứ vào ƣu điểm về khả năng Hệ thống MIMO hai chặng có kênh truyền trải trễ cải thiện dung lƣợng và chất lƣợng hệ thống của hệ đƣợc mô tả trong Hình 1. Hệ thống gồm có máy phát, thống MIMO đa chặng và tính đơn giản của trạm máy thu, và một trạm chuyển tiếp nằm giữa máy phát chuyển tiếp một chiều kiểu AF, hệ thống MIMO hai và máy thu. Máy phát có anten; máy thu có chặng có trạm chuyển tiếp một chiều kiểu AF (Gọi tắt anten; trạm chuyển tiếp có anten phát và anten là hệ thống MIMO hai chặng một chiều) đƣợc tập trung thu. Chặng máy phát-trạm chuyển tiếp có ma trận kênh nghiên cứu. Hệ thống đƣợc xét trong điều kiện kênh và số khâu trải trễ . Chặng trạm chuyển tiếp- truyền trải trễ. Để cải thiện chất lƣợng hệ thống, bộ tiền máy thu có ma trận kênh và số khâu trải trễ . mã hóa và giải mã tuyến tính đƣợc kết hợp sử dụng. Tín hiệu từ máy phát đƣợc phát tới trạm chuyển Việc sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tiếp. Trạm chuyển tiếp nhận đƣợc bản sao của tín tính đã đƣợc các nhà nghiên cứu áp dụng cho hệ thống hiệu từ máy phát, thực hiện xử lý rồi phát tới máy thu. MIMO đa chặng hai chiều [11]. Tuy nhiên, với hệ Máy thu nhận đƣợc bản sao của tín hiệu từ trạm thống MIMO đa chặng một chiều thì các nghiên cứu chuyển tiếp, xử lý để khôi phục lại tin tức ban đầu. trƣớc đây chỉ sử dụng bộ tiền mã hóa [12, 13]. Do đó, Hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ có trạm việc sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến chuyển tiếp một chiều kiểu AF và sử dụng bộ tiền mã tính cho hệ thống MIMO hai chặng có trạm chuyển hóa và giải mã tuyến tính đƣợc minh họa trong Hình 2. tiếp một chiều kiểu AF trong bài báo này khác với các Nguyên lý hoạt động của máy phát và máy thu trong nghiên cứu trƣớc đây. hệ thống này tƣơng tự nhƣ trong bài báo trƣớc đây Bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính cho hệ thống [14]. MIMO đơn sóng mang kênh trải trễ đề xuất bởi nhóm 1 1 1 1 tác giả H. Sampath và các cộng sự [14] đƣợc thiết kế Trạm dựa trên các tiêu chí khác nhau nhƣ tốc độ thông tin Máy Máy Chuyển cực đại (Max-IR: Maximum Rate Information), chất phát thu tiếp lƣợng dịch vụ (QoS), cân bằng lỗi (EE: Equal Error), hoặc lỗi trung bình bình phƣơng tối thiểu (MMSE: Minimum Mean-Squared Error) không trọng số. Việc lựa chọn tiêu chí thiết kế tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Tiêu chí Max-IR ứng dụng cho các hệ thống Hình 1. Sơ đồ khối tổng quát của mô hình hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ. yêu cầu tốc độ thông tin cao; tiêu chí QoS dùng cho ứng dụng đa phƣơng tiện khi cần truyền đi đồng thời các loại thông tin với chất lƣợng khác nhau; tiêu chí EE Các sử dụng cho hệ thống cần số lỗi trên các kênh con nhƣ bit 1 nhau; tiêu chí MMSE không trọng số áp dụng cho hệ vào Chèn Điều thống đòi hỏi tối thiểu hóa tổng số lỗi ƣớc lƣợng Chế F P/S symbol [14]. Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi sử vector 0 dụng tiêu chí Max-IR. Cơ sở để lựa chọn tiêu chí này là (a) vì ngày nay nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao tăng lên 1 1 mạnh mẽ, trong khi kênh truyền trải trễ gây ISI làm hạn chế tốc độ truyền dữ liệu. Theo tiêu chí Max-IR, các Chèn kênh con có hệ số khuếch đại càng cao thì đƣợc cấp vector 0 công suất càng lớn để cải thiện tốc độ dữ liệu. Phần còn lại của bài báo đƣợc tổ chức nhƣ sau. (b) Các Trong phần II, chúng tôi trình bày mô hình hệ thống bit MIMO hai chặng có kênh truyền trải trễ và phƣơng 1 ra pháp thiết kế bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính dựa Giải S/P G trên tiêu chí Max-IR cho hệ thống này. Trong phần III, Điều Chế chúng tôi đánh giá chất lƣợng hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ dƣới ảnh hƣởng của các tham số (c) nhƣ mức điều chế, kích thƣớc khối dữ liệu, và số lƣợng khâu trải trễ; so sánh chất lƣợng hệ thống hai chặng với Hình 2. Sơ đồ khối của hệ thống MIMO hai chặng kênh trải hệ thống đơn chặng; so sánh chất lƣợng hệ thống hai trễ sử dụng bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính. (a) Máy chặng khi sử dụng các tiêu chí thiết kế khác nhau. Cuối phát. (b) Trạm chuyển tiếp. (c) Máy thu. cùng, chúng tôi kết luận bài báo trong phần IV. ISBN 978-604-80-5958-3 354
Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Ở máy phát, luồng bit đầu vào đƣợc điều chế và B. Thiết kế ma trận tiền mã hóa và giải mã tuyến tính sắp xếp tạo thành khối symbol kích thƣớc , Bộ tiền mã hóa và giãi mã tuyến tính đƣợc tối ƣu trong đó có vector symbol đầu vào, mỗi vector có theo tiêu chí tốc độ thông tin cực đại, phƣơng pháp tính symbol. Khối symbol đƣợc xử lý bởi bộ tiền mã hóa toán tƣơng tự nhƣ tài liệu [14] nhƣng áp dụng cho hệ tuyến tính kích thƣớc , tạo ra thống hai chặng kênh trải trễ có ma trận tƣơng đƣơng symbol. Bộ chuyển đổi song song-nối tiếp (P/S: và tạp âm tƣơng đƣơng . Các giả thiết tính Parallel-to-Serial) chuyển đổi symbol này thành toán nhƣ sau: Trong thời gian truyền mỗi khối dữ liệu vector nối tiếp, mỗi vector có kích thƣớc . thì ma trận kênh và coi là bất biến; thông tin Sau đó, vector này đƣợc chèn thêm vector trạng thái kênh CSI đƣợc biết trƣớc ở máy phát và máy symbol bảo vệ 0 với kích thƣớc mỗi vector để thu. tránh nhiễu giữa các khối dữ liệu, tạo thành Vì tín hiệu và tạp âm trực giao với nhau, nên ta có vector phát đi trên chặng máy phát-trạm phƣơng trình sau [14], chuyển tiếp. (4) Tại trạm chuyển tiếp, tín hiệu thu đƣợc gồm Ký hiệu * biểu diễn chuyển vị liên hợp phức. vector symbol, trong đó mỗi vector kích thƣớc Phân tích trị riêng (EVD: Eigenvalue . Các vector này đƣợc chèn thêm Decomposition) của ma trận kênh đƣợc thực hiện vector symbol bảo vệ 0 với kích thƣớc mỗi vector nhƣ dƣới đây [14], , tạo thành vector symbol. Sau đó, các vector symbol đƣợc phát đi trên chặng trạm ̃ ( ̃) ̃ (5) chuyển tiếp-máy thu. Trong đó, và ̃ là các ma trận trực giao có kích thƣớc Ở máy thu, tín hiệu nhận đƣợc gồm lần lƣợt và ; là ma vector symbol nối tiếp, trong đó mỗi vector kích thƣớc trận đƣờng chéo chứa trị riêng khác 0 theo thứ tự . Các vector này đƣợc đƣa qua bộ chuyển đổi giảm dần từ phía trên-bên trái xuống phía dƣới-bên nối tiếp-song song (S/P: Serial-to-Parallel) và bộ giải phải; ̃ chứa các trị riêng bằng 0. mã tuyến tính kích thƣớc , Biểu diễn dạng ([ ]) với đƣợc khối symbol ƣớc lƣợng ̂ kích thƣớc . ; ma trận trọng số đƣợc Khối symbol ̂ đƣợc giải điều chế để khôi phục lại biểu diễn dạng ([ ]) ; luồng bit tin ban đầu. và xếp theo thứ tự giảm dần Ma trận kênh có kích thƣớc . và có kích thƣớc đƣợc biểu diễn nhƣ sau [14], Ma trận và đƣợc tối ƣu theo tiêu chí tốc độ thông tin cực đại. Để đạt tiêu chí tốc độ thông tin cực đại, yêu cầu [14]. Khi đó, ma trận và có công thức tính nhƣ sau [14], (1) (6) (7) ( ) ( ) (8) ( ) (9) ∑ ( ) (2) . (10) ∑ ( ) Trong đó, dấu nghĩa là các thành phần có giá trị Trong đó, ( ) biểu diễn khâu trải âm ở trong ngoặc đƣợc thay thế bởi giá trị 0. là tổng trễ thứ của ma trận đáp ứng xung kênh MIMO. công suất trên các anten phát. Thuật toán tối ƣu đƣợc Khối symbol ̂ đƣợc tính toán nhƣ sau, khởi tạo với và kết thúc khi thỏa mãn điều ̂ kiện . . (3) III. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG Chất lƣợng hệ thống đƣợc đánh giá dựa trên mối Trong đó, và . quan hệ giữa tỷ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Ratio) và tỷ là tạp âm Gauss trắng cộng tính (AWGN: số tín/tạp (SNR: Signal-to-Noise) bằng cách sử dụng Additive White Gaussian Noise) tại trạm chuyển tiếp, mô phỏng Monte Carlo trên phần mềm Matlab. Các có kích thƣớc . là AWGN tham số dùng cho mô phỏng đƣợc giả thiết nhƣ sau. tại máy thu, có kích thƣớc . Các thành phần của (khâu trải trễ thứ của ma trận kênh ) đƣợc tạo ra một cách ngẫu nhiên với phƣơng ISBN 978-604-80-5958-3 355
Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) sai là thành phần thứ của profile trễ công suất (power B. Ảnh hưởng của kích thước khối dữ liệu delay profile). Thông tin về trạng thái kênh đƣợc giả sử Giả thiết hệ thống sử dụng điều chế 4-QAM. Số là biết trƣớc ở máy phát và máy thu. Tạp âm ở đầu vào khâu trải trễ của các chặng máy phát-trạm chuyển tiếp trạm chuyển tiếp và máy thu đƣợc giả định là AWGN. và trạm chuyển tiếp-máy thu là . Kích Hệ thống sử dụng điều chế biên độ cầu phƣơng (QAM: thƣớc khối dữ liệu đƣợc thay đổi bằng cách thay đổi số Quadrature Amplitude Modulation). Tổng công suất vector symbol . phát trên các anten của máy phát đƣợc chuẩn hóa: Hình 4 minh họa kết quả mô phỏng hệ thống. Tại . Số lƣợng anten của máy phát, trạm chuyển SNR = 25 dB, khi tăng từ 10 tới 18 thì BER tăng từ tiếp, và máy thu là anten. Khối dữ tới . Kết quả này có thể giải liệu có vector, mỗi vector có symbol. Độ dài thích nhƣ sau. Khi tăng tức là số lƣợng symbol phát vector symbol đƣợc giả sử là không đổi, do đó kích đi từ máy phát tới máy thu tăng lên. Do đó, tổng số lỗi thƣớc khối dữ liệu đƣợc thay đổi khi thay đổi. Ảnh symbol ở máy thu tăng, dẫn tới BER tăng lên. Mặc dù hƣởng của các tham số nhƣ mức điều chế, kích thƣớc tăng nâng cao hiệu quả sử dụng phổ nhƣng chất khối dữ liệu, và số khẩu trải trễ tới BER cũng nhƣ chất lƣợng tín hiệu cũng kém đi. lƣợng của hệ thống hai chặng so với hệ thống đơn chặng và chất lƣợng của hệ thống hai chặng khi thiết kế C. Ảnh hưởng của số khâu trải trễ bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính theo các tiêu chí Xét hệ thống sử dụng điều chế 4-QAM; mỗi khối khác nhau đƣợc nghiên cứu đánh giá. Khi một trong ba dữ liệu có số vector symbol (Số vector symbol tham số đƣợc đánh giá thì hai tham số còn lại lựa chọn ở đây và các mô phỏng tiếp theo đƣợc gán đƣợc giữ cố định. BER đƣợc tính trung bình trên tổng một cách tùy ý, với điều kiện là không quá lớn gây số 10,000 khối dữ liệu. suy giảm đáng kể chất lƣợng tín hiệu.); số khâu trải trễ của các chặng máy phát-trạm chuyển tiếp và trạm A. Ảnh hưởng của mức điều chế chuyển tiếp-máy thu . Ảnh hƣởng của Giả thiết chặng máy phát-trạm chuyển tiếp và số khâu trải trễ tới chất lƣợng hệ thống đƣợc đánh giá chặng trạm chuyển tiếp-máy thu có số khâu trải trễ là bằng cách thay đổi . . Khối dữ liệu ban đầu có số vector Ảnh hƣởng của tới BER đƣợc mô tả trong Hình symbol là . Mô phỏng đƣợc thực hiện với các 5. Tại SNR = 25 dB, khi tăng từ 10 tới 14 thì BER mức điều chế QAM khác nhau . giảm từ xuống . Khi tăng Kết quả mô phỏng đƣợc minh họa trong Hình 3. gây ra hai ảnh hƣởng nhƣ sau. Ảnh hƣởng tích cực là Tại cùng SNR, khi mức điều chế tăng thì BER tăng. tăng thì số phiên bản của tín hiệu nhận đƣợc tại máy Ví dụ, tại SNR = 25 dB, các BER ứng với thu tăng, tức là thông tin dùng cho khôi phục tín hiệu lần lƣợt là , , tăng lên dẫn tới xác suất lỗi giảm. Ảnh hƣởng không . Nguyên nhân có thể giải thích là khi tăng mong muốn là số khâu trải trễ tăng làm cho hiện tƣợng mức điều chế thì mật độ symbol trong chòm sao tín chồng lấn symbol tăng. Tuy nhiên, khi càng lớn thì hiệu dày hơn, dẫn đến khoảng cách từ điểm tín hiệu tới mức công suất của các symbol trễ phía sau càng nhỏ, biên quyết định hẹp lại. Hệ quả là khi khôi phục tín nhiễu chồng lấn không đáng kể. Do hai ảnh hƣởng trên hiệu thì xác suất xảy ra lỗi symbol tăng, làm cho BER nên khi tăng thì BER đƣợc cải thiện nhƣng sự cải tăng. Nhƣ vậy, khi tăng thì hiệu quả sử dụng phổ thiện này không nhiều. tăng nhƣng phải trả giá bởi chất lƣợng tín hiệu kém đi. Hình 3. BER của hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ tại các mức điều chế QAM khác nhau. Hình 4. BER của hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ khi thay đổi kích thƣớc khối dữ liệu. ISBN 978-604-80-5958-3 356
Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) E. So sánh các tiêu chí tối ưu Xét hai hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ có các tham số nhƣ nhau, nhƣng bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính đƣợc thiết kế theo các tiêu chí khác nhau. Hai hệ thống đều sử dụng điều chế 4-QAM; số khâu trải trễ của các chặng máy phát-trạm chuyển tiếp và trạm chuyển tiếp-máy thu ; mỗi khối dữ liệu có số vector symbol . Hai tiêu chí thiết kế bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính đƣợc xem xét là tiêu chí tốc độ thông tin cực đại Max-IR mà bài báo đang nghiên cứu và tiêu chí MMSE không trọng số. Phƣơng pháp tính toán ma trận và theo tiêu chí MMSE không trọng số đƣợc trình bày trong tài liệu [14]. Để đạt tốc độ thông tin cực đại, tiêu chí Hình 5. BER của hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ có Max-IR yêu cầu nhƣ trình bày ở phần II. Để số lƣợng khâu trải trễ khác nhau. đạt tổng số lỗi ƣớc lƣợng symbol tối thiểu, tiêu chí MMSE không trọng số yêu cầu . Khi đó, các D. So sánh hệ thống hai chặng và đơn chặng công thức tính toán và của tiêu chí MMSE không Xét hệ thống MIMO kênh trải trễ đơn chặng và hai trọng số tƣơng tự nhƣ tiêu chí Max-IR, chỉ khác công chặng. Hai hệ thống đều sử dụng bộ tiền mã hóa và thức tính và nhƣ sau [14], giải mã tuyến tính tối ƣu theo tiêu chí tốc độ thông tin ( ) (11) cực đại; điều chế 4-QAM; mỗi khối dữ liệu có số vector symbol . Số khâu trải trễ của hệ thống ( ) . (12) đơn chặng và số khâu trải trễ của mỗi chặng trong hệ Kết quả mô phỏng hai hệ thống đƣợc minh họa thống hai chặng nhƣ nhau . trong Hình 7. Tại cùng SNR thì BER của tiêu chí Max- Kết quả mô phỏng chất lƣợng của hai hệ thống IR cao hơn so BER của tiêu chí MMSE không trọng số. đƣợc minh họa trong Hình 6. Có thể thấy tại cùng SNR Nguyên nhân của kết quả này là do mục tiêu thiết kế thì BER của hệ thống hai chặng cao hơn hệ thống đơn của tiêu chí MMSE không trọng số nhằm tối thiểu hóa chặng. Nguyên nhân có thể giải thích nhƣ sau. Đối với tổng số lỗi ƣớc lƣợng symbol nên BER thấp hơn so tiêu hệ thống đơn chặng, tín hiệu bị nhiễu do ảnh hƣởng của chí Max-IR. Tuy nhiên, tiêu chí Max-IR có ƣu thế về khâu trải trễ giữa máy phát và máy thu. Đối với hệ tốc độ thông tin so với tiêu chí MMSE không trọng số. thống hai chặng, tín hiệu bị nhiễu do ảnh hƣởng của Tốc độ thông tin đƣợc tính theo công thức sau [14], khâu trải trễ giữa máy phát và trạm chuyển tiếp, sau đó ∑ ( ). (13) bị ảnh hƣởng tiếp bởi khâu trải trễ giữa trạm chuyển Trong đó, là thành phần đƣờng chéo của ma trận tiếp và máy thu. Do đó, lỗi tích lũy ở hệ thống hai chặng cao hơn so với hệ thống đơn chặng. Nhƣ vậy, hệ , biểu diễn dạng . thống hai chặng làm tăng khoảng cách truyền nhƣng phải trả giá bởi chất lƣợng tín hiệu kém đi. Hình 7. BER của hệ thống MIMO hai chặng kênh trải trễ có bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính đƣợc thiết kế dựa trên các tiêu chí khác nhau: Tiêu chí tốc độ thông tin cực đại Hình 6. BER của hệ thống MIMO hai chặng (Dual Hop) và (Max-IR) và tiêu chí lỗi trung bình bình phƣơng tối thiểu đơn chặng (Single Hop) có kênh trải trễ, bộ tiền mã hóa và không trọng số (Unweighted MMSE). giải mã tuyến tính đƣợc thiết kế theo tiêu chí tốc độ thông tin cực đại. ISBN 978-604-80-5958-3 357
Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Với các tham số mô phỏng nhƣ trên thì tiêu chí [9] B. Q. Doanh, D. T. Quan, P. T. Hiep, and T. C. Hieu, “An efficient design of precoding and equalization to reduce BER Max-IR đạt đƣợc tốc độ thông tin là of multi-path MIMO channels,” in Proc. Of the Third (bit/s/Hz), trong khi tiêu chí MMSE không trọng số chỉ International Conference on Recent Advances in Signal đạt tốc độ thông tin là (bit/s/Hz). Nhƣ vậy, Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom), với các ứng dụng yêu cầu tốc độ thông tin cao thì tiêu 2019. chí Max-IR chiếm ƣu thế. [10] B. Q. Doanh, D. T. Quan, P. T. Hiep, and T. C. Hieu, “A combining design of precoder and equalizer based on shared redundancy to improve performance of ISI MIMO systems,” IV. KẾT LUẬN Wireless Networks, vol. 25, pp. 2741 - 2750, 2019. Bài báo đề xuất sử dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và [11] N. Lee, H. Park, and J. Chun, “Linear precoder and decoder giải mã tuyến tính cho hệ thống MIMO hai chặng kênh design for two-way AF MIMO relaying system,” in Proc. Of IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), pp. 1221 - trải trễ sử dụng trạm chuyển tiếp một chiều kiểu AF. 1225, 2008. Tiêu chí thiết kế đƣợc lựa chọn nghiên cứu là tiêu chí [12] Y. Huang, L. Yang, M. Bengtsson, and B. Ottersten, “A tốc độ thông tin cực đại. Tiêu chí này phù hợp cho các limited feedback joint precoding for amplify-and-forward ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu với tốc độ thông tin relaying,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 58, cao. Nhờ sự kết hợp giữa hệ thống MIMO và trạm no. 3, pp. 1347 - 1357, 2010. chuyển tiếp, hệ thống hai chặng này có khả năng nâng [13] X. Liang, Z. Ding, and C. Xiao, “On linear precoding of non- regenerative MIMO relays for QAM inputs,” in Proc. Of IEEE cao dung lƣợng kênh, mở rộng vùng phủ sóng và tăng International Conference on Communications (ICC), 2012. khoảng cách truyền giữa máy phát và máy thu. Việc sử [14] H. Sampath, P. Stoica, and A. Paulraj, “Generalized linear dụng kết hợp bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính đã precoder and decoder design for MIMO channels using the cải thiện đƣợc chất lƣợng hệ thống, cụ thể là bộ tiền mã weighted MMSE criterion,” IEEE Transactions on Communications, vol. 49, no. 12, pp. 2198 - 2206, 2001. hóa và giải mã tuyến tính đƣợc tối ƣu để đạt tốc độ thông tin cực đại. Hệ thống đƣợc đánh giá khi thay đổi các tham số nhƣ mức điều chế, kích thƣớc khối dữ liệu, và số khâu trải trễ để tạo cơ sở lựa chọn các tham số phù hợp khi thiết kế hệ thống. Ngoài ra, hệ thống đƣợc so sánh với hệ thống đơn chặng để thấy ảnh hƣởng khi cài đặt thêm trạm chuyển tiếp. Hệ thống còn đƣợc đánh giá khi sử dụng các tiêu chí thiết kế bộ tiền mã hóa và giải mã tuyến tính khác nhau. Đây là cơ sở để lựa chọn tiêu chí thiết kế tùy theo từng ứng dụng cụ thể. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T. Kaiser, A. Bourdoux, H. Boche, J. R. Fonollosa, J. B. Andersen, and W. Utschick, Smart Antennas – State of the Art, chap. 14, New York, USA: Hindawi Publishing Corporation, 2005. [2] Y. Rong and Y. Hua, “Optimality of diagonalization of multi- hop MIMO relays,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 12, pp. 6068 - 6077, 2009. [3] R. Mo, Y. H. Chew, and C. Yuen, “Information rate and relay precoder design for amplify-and-forward MIMO relay networks with imperfect channel state information,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 61, no. 9, pp. 3958 - 3968, 2012. [4] P. Ubaidulla and A. Chockalingam, “Relay precoder optimization in MIMO-relay networks with imperfect CSI,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 59, no. 11, pp. 5473 - 5484, 2011. [5] H. Kaur, M. Khosla, and R. K. Sarin, “Channel estimation in a MIMO relay system: Challenges & approaches,” in Proc. Of the Second International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC), pp. 203 - 214, 2018. [6] K. Pahlavan and A. H. Levesque, Wireless Information Networks, chap. 3, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2005. [7] H. Arslan and T. Yucek, “Delay spread estimation for wireless communication systems,” in Proc. Of Eighth IEEE International Symposium on Computers and Communication (ISCC), 2003. [8] C. R. N. Athaudage and A. D. S. Jayalath, “Delay-spread estimation using cyclic-prefix in wireless OFDM systems,” in IEE Proc. -Commun., vol. 151, no. 6, pp. 559 - 566, 2004. ISBN 978-604-80-5958-3 358

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.