Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng giải thuật V-BlAST nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ứng dụng giải thuật V-BlAST nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO.Khái quát hệ thống MIMO, cải thiện chất lượng MIMO.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng giải thuật V-BlAST nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG TR N ĐÌNH NGA Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. TĂNG T N CHI N NG D NG GI I THU T V-BLAST NH M Ph n bi n 1: PGS.TS. Nguy n Văn Tu n C I THI N CH T LƯ NG H TH NG MIMO Chuyên ngành: K thu t ñi n t Ph n bi n 2: TS. Lương H ng Khanh Mã s : 60.52.70 Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 11 tháng 11 năm 2012 Có th tìm hi u lu n văn t i: Đà N ng - Năm 2012 - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
3 4 M Đ U hàm s mũ cùng s lư ng ăng ten c a máy phát. Đ dung hòa gi a 1. Tính c p thi t c a ñ tài : ñ ph c t p và hi u năng, m t s c u trúc b tách sóng d a trên Cùng v i s phát tri n c a xã h i, xã h i hóa thông tin ñang BLAST (Bell Labs Layered Space Time) như D-BLAST (Diagonal là nhu c u c p bách c n ñư c ñáp ng. Trong xã h i thông tin ñó n i BLAST) ñã ñư c áp d ng. Tuy ñ t ñư c 90% dung lư ng theo lý b t nh t là thông tin di ñ ng do tính linh ho t, m m d o, di ñ ng, ti n thuy t Shanon, nhưng h th ng s d ng D-BLAST v n còn như c l i c a nó. Như v y nhu c u v s d ng h th ng thông tin di ñ ng ñi m là ñ ph c t p cao , nên k thu t V-BLAST (Vertical BLAST) ngày càng gia tăng ñi u này ñ ng nghĩa v i nhu c u chi m d ng tài ñã ñư c phát tri n và ng d ng tách sóng tín hi u trong h th ng nguyên vô tuy n gia tăng. Nhưng do ñ c ñi m c a truy n d n vô MIMO. Các quy t c tách sóng như ML(Maximum Likelihood), MAP tuy n là tài nguyên h n ch , ch t lư ng ph thu c nhi u vào môi ( Maximum a posteriori probability),… là m t gi i pháp tách sóng tín trư ng: ñ a hình, th i ti t... d n ñ n làm h n ch tri n khai ñáp ng hi u h a h n cho h th ng thông tin không dây băng r ng tương lai. nhu c u c a xã h i c a các nhà công nghi p và d ch v vi n thông. Đã có nhi u nghiên c u k t h p k thu t V-BLAST v i máy thu ZF Trư c mâu thu n này, ñ t ra bài toán cho các nhà khoa h c và các (Zero Forcing) trong kênh MIMO t o thành gi i thu t V-BLAST/ZF, ngành công nghi p có liên quan ph i gi i quy t. Ch ng h n khi nói hay v i MMSE (Minimum Mean Square Error) t o thành gi i thu t ñ n v n ñ tài nguyên vô tuy n, chúng ñư c gi i quy t b ng các gi i V-BLAST/MMSE. S k t h p các gi i thu t tách sóng trên ñã nâng pháp k thu t, công ngh như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, s cao hơn n a hi u năng c a h th ng MIMO. Tuy nhiên, vi c nghiên k t h p gi a chúng ñã tìm m i cách ñ khai thác tri t ñ tài nguyên c u dung hòa các gi i thu t trên v i quy t c tách sóng nh m c i thi n d ng th i gian, t n s , không gian, mã. Các các công ngh thích ng, ch t lư ng h th ng MIMO v n còn là v n ñ ñ nghiên c u. Trên cơ c p phát tài nguyên ñ ng, cơ ch ñi u khi n lu ng, công ngh IP, s phân tích trên, ta ch n ñ tài ng d ng gi i thu t V-BLAST máy thu phát thông minh, ....là nh ng minh h a ñi n hình cho v n nh m c i thi n ch t lư ng h th ng MIMO là h p lý nh t. ñ này. 2. M c ñích nghiên c u : H th ng MIMO có th tăng ñáng k t c ñ truy n d li u, Lu n văn ñư c th c hi n v i m c ñích nghiên c u các gi i gi m BER, tăng vùng bao ph h th ng vô tuy n mà không c n tăng thu t V-BLAST khác nhau nh m c i thi n ch t lư ng h th ng MIMO. công su t hay băng thông h th ng. Bên c nh vi c tăng dung lư ng, 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u : k thu t truy n d n ghép kênh không gian cho phép ñ t ñư c t c ñ T p trung chính vào ñ i tư ng nghiên c u là b tách sóng cao nh truy n s li u song song t các ăng ten phát. T i máy thu, MIMO V-BLAST trên cơ s : các lu ng d li u ñư c tách ra thông qua các dãy ký t kênh không - Các ñ c tính c a kênh truy n vô tuy n . gian khác nhau, m c d u chúng ñư c truy n ñi v i cùng t n s . - H th ng MIMO . Ngư i ta ñã s d ng các b tách h p lý c c ñ i có ñ l i phân t p - Ki n trúc V- BLAST. t i ña ñ ñ t ñư c hi u năng t i ưu, song ñ ph c t p tăng theo - Các gi i thu t tách sóng MIMO V-BLAST.
5 6 4. Phương pháp nghiên c u: CHƯƠNG 1 – Đ C TÍNH KÊNH VÔ TUY N DI Đ NG • Thu th p, phân tích các tài li u và thông tin liên quan ñ n Chương này s t p trung trình bày v các ñ c tính cơ b n và ñ tài nh ng nh hư ng c a kênh vô tuy n di ñ ng ñ n ch t lư ng tín hi u • Nghiên c u, xây d ng lưu ñ thu t toán, vi t chương trình cũng như dung lư ng c a h th ng. Xét hai ki u phân b Rayleigh và trên Matlab. Rician ñ th y ñư c s bi n ñ i c a tín hi u truy n trên hai kênh 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài: phañinh này. Các thông s c a kênh phañinh ña ñư ng và mô hình K thu t MIMO ñã c i thi n ñư c ñáng k ch t lư ng h ñáp ng xung c a kênh này. Cu i cùng là ph n trình bày v mô hình th ng thông tin di ñ ng. Tuy nhiên vi c x lý tín hi u trong h th ng kênh MIMO, kênh truy n ñư c s d ng ñ mô ph ng c a lu n văn. này còn nhi u ph c t p. Nh m khai thác tri t ñ các tài nguyên trong 1.1. Khái quát kênh vô tuy n di ñ ng h th ng MIMO, ñ tài s ñưa ra các gi i pháp giúp tách sóng MIMO Nghiên c u v các ñ c tính kênh thông tin vô tuy n có t m ñ t hi u năng cao hơn mà ñ ph c t p c a máy thu v n không cao. quan tr ng r t l n vì nó nh hư ng tr c ti p ñ n ch t lư ng truy n Nâng cao ch t lư ng c a h th ng thông tin vô tuy n, nh t là d n tín hi u. M t s nhân t làm nh hư ng ñ n truy n d n tín hi u thông tin di ñ ng ñang ñư c các nhà nghiên c u quan tâm. S ra ñ i trong môi trư ng vô tuy n như: c a m ng thông tin di ñ ng th h th 4 (4G LTE) ñã ñ xu t ng - Suy hao d ng k thu t MIMO OFDM cho tuy n xu ng (downlink). Trong h - Che ch n th ng MIMO bài toán tách tín hi u hi u qu ghép kênh không gian - Phañinh ña ñư ng và phân tán th i gian nh m khai thác tri t ñ dung lư ng v n có c a nó có tính ch t quy t - Nhi u ñ nh. Các thu t toán tách tín hi u ghép kênh không gian thư ng có ñ 1.2. Phân b Rayleigh và phân b Ricean[1] ph c t p cao, vì v y nghiên c u ng d ng tách sóng MIMO V- Tùy theo ñ a hình kênh truy n mà gi a máy phát và máy thu BLAST s cho th y ñư c nh ng ưu và như c ñi m c a các thu t toán có th t n t i ho c không t n t i ñư ng truy n th ng LOS và các tách sóng khác nhau và ñ xu t gi i pháp có ñ ph c t p th p hơn ñư ng không truy n th ng NLOS. Trên cơ s ñó, ta chia ra làm hai cho máy thu mà ch t lư ng c a tín hi u v n ñư c ñ m b o. lo i kênh truy n phañinh Rayleigh và phañinh Ricean trên cơ s hai 6. K t c u c a lu n văn: Ngoài ph n m ñ u, k t lu n, tài li u tham kh o, lu n văn g m các ki u phân b tương ng. ph n chính sau: 1.2.1. Phân b Rayleigh Chương 1 - Đ c tính kênh vô tuy n di ñ ng Phân b Rayleigh thư ng ñư c dùng ñ mô t b n ch t thay Chương 2 - K thu t phân t p và mô hình h th ng MIMO ñ i theo th i gian c a ñư ng bao tín hi u phañinh ph ng thu ñư c Chương 3 - Tách sóng V-BLAST trong h th ng MIMO ho c ñư ng bao c a m t thành ph n ña ñư ng riêng l . Phân b Chương 4 - Mô ph ng tách sóng h MIMO V-BLAST Rayleigh có hàm m t ñ xác su t:
7 8  r r2 1.3.3. Ph Doppler  exp(− 2 ), (0 ≤ r ≤ ∞) p(r ) = σ 2 2σ (1.1) 1.3.4. Tr i Doppler và th i gian k t h p  , (r < 0) 1.4. Mô hình ñáp ng xung c a kênh phañinh[1]  0 Ta gi s r ng có N tia ñ n máy thu, tín hi u ñ u ra c a kênh như V i σ là giá tr rms (hi u d ng) c a ñi n th tín hi u nh n ñư c trư c sau: b tách ñư ng bao (evelope detection), σ2 là công su t trung bình N theo th i gian. y(t)= ∑ (a (t ) x(t − τ n =1 n n (t ))) (1.25) 1.2.2. Phân b Ricean Trong ñó, an (t ) và τ n (t ) là suy hao và tr truy n d n c a thành ph n Trong trư ng h p phañinh Rayleigh, không có thành ph n tín ña ñư ng th n. Gi s ñ u vào kênh truy n song là tín hi u ñi u ch hi u ñ n tr c ti p máy thu mà không b ph n x hay tán x (thành có d ng: ph n LOS) v i công su t vư t tr i. Khi có thành ph n này, phân b x(t)=A(t).cos(2 π f c t + φ (t ) ) (1.26) s là Ricean. Suy hao ñư ng truy n ph c ñư c ñ nh nghĩa là: Hàm m t ñ phân b xác su t c a phân b Ricean: a (t ) = a (t )e− j 2π fcτ n (t ) %  r − ( r + A )  Ar  2 2 N  p ( r ) = σ 2 e 2σ 2 I 0  2  ( A ≥ 0, r ≥ 0) σ  (0.1) Đáp ng xung kim c a kênh h(τ , t ) : h(τ , t ) = % ∑ a (t ).δ (t − τ n =1 n n (t ))  r
9 10 éy1 ù é 11 h 21 L h N 1 ùé ù h é1 ù Trong trư ng h p phân hóa ph , AWGN có th ñư c coi r ng tr ng ê ú ê t ú x1 h êy 2 ú ê 12 h 22 L h N t 2 úê 2 ú h ê ú x ê ú h ê2 ú theo không gian n u không có tương quan gi a các vectơ c t c a U ê ú= ê úê ú+ ê ú (1.38) êM ú êM M M M úêM ú êM ú và vectơ t p âm η. Khi ñó (1.45) ñư c vi t l i: êy ú ê ú ê Nr ú ê 1Nr h 2 Nr L h N t N r úê N t ú h x ê ú h 1/ 2 ë û ë ûê ú ë û ê Nr ú ë û %= l yn n % + hn xn % (1.46)  1/ 2 hay 1  y1  x1 y=Hx+η (1.39) Trong ñó η là vectơ AWGN ph c v i, H là ma tr n kênh Nr×Nt; khi kho ng cách gi a các anten l n hơn λ/2 và môi trư ng nhi u tán x ta có th coi H có các hàng và các c t ñ c l p v i nhau. x N 1/ 2 N  yN Khi này phân chia giá tr ñơn (SVD) cho ta: H=UDVh (1.40) Hình 1.10. Phân chia kênh phañinh ph ng MIMO thành các kênh trong ñó U và V là các ma tr n nh t phân (unitary) có kích thư c h phañinh ph ng song song tương ñương dư trên SVD Nr×Nr và Nt×Nt, Vh là chuy n v Hermitian; D là ma tr n Nr×Nt g m: 1.5.2. Hàm kênh MIMO N = min { r , N t } N (1.41) 1/ 2 1/ 2 CHƯƠNG 2 – K THU T PHÂN T P VÀ H TH NG MIMO các giá tr ñơn không âm ñư c ký hi u là l ,...., l trên ñư ng 1 m Trong chương này s trình bày các k thu t phân t p, t p chéo chính c a nó, trong ñó λi v i i=1,2,…, N là các giá tr riêng c a trung phân tích mô hình kênh SVD MIMO, SNR và hi u năng c a ma tr n HHh. Các giá tr eigen c a HHh ñư c xác ñ nh như sau: các h th ng MIMO. det(Q − λ I ) = 0 2.1. Phân t p th i gian, phân t p không gian trong ñó Q là ma tr n Wirshart ñư c xác ñ nh như sau: 2.1.1. Phân t p th i gian  HH h , N r < N t Q= h 2.1.2. Phân t p thu  H H , N r ≥ Nt 2.1.2.1. Mô hình kênh phân t p anten thu N u nhân c hai v c a phương trình (1.39) v i U ta ñư c: h Trong kênh phañinh có 1 anten phát và Nr anten thu, mô hình U h y = y = Dx + η % % % (1.44) kênh như sau: trong ñó x = V x . Phương trình này d n ñ n mô hình kênh SVD % h MIMO sau ñây (xem hình 1.10): yn(k)=hn(k)x(k)+nn(k), n=1,2,…., nr (2.1) N 1/ 2 %= l yn n % xn + å uh hn N (1.45) trong ñó k là th i ñi m xét, Nr là s anten thu, t p âm η n ∼Nc(0,N0) n= 1 có phân b Gauss trung bình không, phương sai N0 và ñ c l p v i
11 12 nhau theo t ng c p anten. V i phân t p thu ta ñư c hai lo i ñ l i khi Khi này b k t h p t l c c ñ i có th c u trúc tín hi u x1 sao cho % tăng Nr. Đ i v i xác su t l i BPSK v i ñi u ñi u ki n ñ l i kênh ta b tách sóng kh gi ng c c ñ i ML t o ra x1 là ư c tính kh gi ng ˆ c c ñ i c a x1 ñư c: Q ( 2h 2 SNR ) 2.1.3. Phân t p phát 2.1.3.1. Sơ ñ v i Alamouti hai anten phát và m t anten thu[7] 2.1.2.2. Sơ ñ k t h p thu t l c c ñ i (MRRC) 2.1.3.2. Sơ ñ Alamouti hai anten phát v i M anten thu[7] x1 2.1.4. Mã kh i không gian th i gian, STBC [15] h1  a1e j1 h 2  a 2 e j2 2.2. Mô hình h th ng SVD MIMO 2.2.1. Mô hình h th ng SVD MIMO[10] Gi s x ñư c nhân trư c v i ma tr n V và y ñư c nhân trư c v i ma tr n Uh ta ñư c các bi u th c sau:  2 1 y1  x1h1  1 y 2  x1 h 2  2 z = U h y = U h (HxV + h ) = U h UDV h Vx + U h h (2.44) * h1  x1 h* h2 h1 2 = Dx + U h h ˆ x1 Vì ma tr n D là ma tr n ñư c chéo hóa, nên ta có th phân hóa quan h gi a z và x vào d ng: Hình 2.2. MRRC hai nhánh zn=λn1/2xn+ηn (2.45) Hình 2.2 cho th y sơ ñ MRRC hai nhánh. Sơ ñ k t h p cho MRRC hai nhánh như sau: Bi u th c (2.45) cho phép ta xây d ng h th ng SVD MIMO t i ưu g m N kênh phañinh ph ng song song. x1 = h1 y1 + h* y 2 % * 2 2.2.2. K thu t ñ ñ y nư c và ch t t i bit[10] = h1 (h1x1 + h1 ) + h* (h 2 x1 + h 2 ) * 2 2.2.3. Dung lư ng c a kênh SVD MIMO[3,8,10 ,15] = (a1 + a 2 )x1 + h1 h1 + h * h 2 2 2 * 2 N u s d ng tách sóng nh t quán và coi r ng ñã bi t λn, thì Quy t c quy t ñ nh là ch n xm n u: SNR t i máy thu ñư c xác ñ nh như sau: d (x1 , x m ) £ d (x1 , x k ) % % "m¹ k (2.15)
13 14 2 Nr xn l n En l n PT ∑ | h1, m |2 SNR = 2 = 2 (2.46) hn hn SNR = m =1 (2.59) N rσ 2 N u cho r ng kênh tĩnh và biên ñ tín hi u không ñ i gi ng Hi u su t ph h th ng SIMO 1 ×m như sau: như trư ng h p BPSK, thì SNR trên m t kênh s là:  P Nr  SE = log 2 1 + T 2 ∑| h |2  [b/s/Hz] (2.60)  N rσ 1, m Eb l n m =1  SNR = 2 (2.47) hn 2.3.1.3. H th ng MISO (phân t p phát)[2] 2 2 trong ñó Eb là năng lư ng bit và h n = s n = N0 / 2 SNR c a h th ng MISO Nt×1 như sau[2]: Nt Nt Gans và Foschini trong các bài báo c a mình ñã ñưa ra gi i h n dung PT ∑h 2 PT ∑ hn,1 2 n ,1 lư ng cho các h th ng MIMO[3]: Nt n =1 1 SNR = = n =1 (2.63) é æ SNR öù ÷ σ 2 Nt σ2 ê ç C = log ê çI N + det ç ÷ú HH h ÷ , bps / Hz Nt ÷ú ê è ë øú û Hi u su t ph cho h th ng MISO Nt×1 như sau: 2.3. Hi u năng h th ng MIMO[2,8]  P Nt  2.3.1. Hi u năng c a kênh SISO, SIMO, MISO và MIMO SE = log 2 1 + T 2 ∑| h |2  [b/s/Hz] (2.64)  N tσ n ,1 n =1  2.3.1.1. H th ng SISO[2] 2.3.1.4. Các h th ng MIMO (phân t p k t h p thu phát) T s tín hi u trên t p âm SNR ñư c bi u di n như sau[2]: Đ i v i h th ng MIMO Nt×Nr, SNR ñ u ra ñư c bi u di n như sau: | h |2 PT SNR = (2.55) PT Nt Nr σ2 ∑∑ h 2 n ,m Nt Nr Nt 1 PT ∑∑ h n =1 m =1 2 Hi u su t ph (SE) b ng: SNR = = (2.67) Nrσ Nt Nr σ 2 2 n, m n =1 m =1  P  SE = log 2 1 + T2 | h |2  [b/s/Hz] (2.56) Đ i v i hi u su t ph , ta có th vi t như sau cho h th ng  σ  MIMO Nt ×Nr: 2.3.1.2. H th ng SIMO (phân t p thu)[2]   P  T s tín hi u trên t p âm cho h th ng SIMO 1 ×Nr như SE = log 2 det  I N + T 2 HH h   [b/s/Hz] (2.68)   N tσ  sau[2]: 2.3.2. SNR và dung lư ng c a MIMO
15 16 CHƯƠNG 3 – TÁCH SÓNG V-BLAST TRONG 3.3.1. Máy thu tuy n tính[6] H TH NG MIMO Máy thu tuy n tính là máy thu mà tín hi u ư c lư ng x ñư c t o ra ˆ Chương này s trình bày các thu t toán tách sóng V-BLAST t phép bi n ñ i c a vector thu ñư c y theo công th c: cho h th ng MIMO như: V-BLAST/ZF, V-BLAST/LLSE, V- x = Q (Wy ) ˆ (3.12) BLAST/ZF/MAP, V-BLAST/LLSE/MAP. 3.3.2. Máy thu ZF[6] 3.1. Ki n trúc h V-BLAST Máy thu ZF là m t thu t toán tách sóng tuy n tính có ñ ph c t p 3.1.1. Ki n trúc[10,14,17] th p theo công th c: x = Q( xZF ) Tx 1 Rx 1 ˆ ˆ (3.13) xZF = H + y Tx 2 Rx 2 Trong ñó: ˆ 3.3.3. Máy thu LLSE Tx 3 Rx 3 Máy thu LLSE là máy thu có ñ u ra ñư c ư c lư ng: x = Q( xLLSE ) ˆ ˆ (3.15) Hinh 3.1 H th ng V-BLAST ñây, xLLSE ñư c ư c lư ng tuy n tính theo bi u th c: ˆ 3.1.2. Lo i b nhi u liên ti p SIC[17] xLLSE = Wy ˆ (3.16) 3.1.3. Lo i b nhi u song song PIC[17] 3.1.4. nh hư ng c a lan truy n l i V i W ñư c ch n ñ ε Wy − x { 2 } nh nh t 3.3.4. Máy thu V-BLAST 3.2. Các gi i thu t tách sóng tín hi u 3.3.4.1. Máy thu V-BLAST/ZF [15,17] 3.2.1. Gi i thu t MAP[6] Thu t toán V-BLAST/ZF là m t d ng khác c a V-BLAST M t trong các phương pháp tách sóng tín hi u ñó là gi i thu t ñư c suy ra t quy t c ZF. V i ý tư ng như trên, n i dung c a thu t xác su t h u nghi m c c ñ i MAP. Nó ñư c ñ nh nghĩa b ng bi u toán ñư c trình bày như sau: th c sau: Kh i t o: x = ˆ { a rg m a x P r ( x ' y is re c e iv e d )} W1 = H+ (3.18a) x '∈ A M i=1 (3.18b) 3.2.2. Gi i thu t ML[6] L p: 2 Gi i thu t ML có th ñư c rút g n như sau: K i = arg min (Wi ) j , j ≠ {k1, …,ki-1} (3.18c) x = ˆ a rg m in x '∈ A M { Hx− y } 2 (3.11) zki= (Wi)ki yi xki = Q ( zki ) ˆ (3.18d) (3.18e) 3.3. Máy thu MIMO V-BLAST yi +1 = yi − xki ( H )ki ˆ (3.18f)
17 18 Wi+1 = H ki + (3.18g) Kh i t o: i=i+1 (3.18h) W1 = H+ (3.20a) ñây, H là ma tr n Moore-Penrose gi ñ o c a ma trân + i = i+1 (3.20b) kênh truy n H, (Wi)j là hàng th j c a ma tr n Wi, Q(.) là phép lư ng t hóa, nh m ñ t ñ i s c a nó ñ n ñi m tín hi u g n nh t trong gi n L p: ñ chàm sao (theo kho ng cách Ơclit), H k là ma tr n nh n ñư c zi= wiyi (3.20c) i si= Q(zi) (3.20d) b ng cách xóa v không các c t k1, k2, …, ki c a H , H ki + là ma tr n zij zij gi ñ o pseudo c a ma tr n H k . pij = ( f ij ( )) / ( ∑ ( f ij ( )) , i sij s' 3.3.4.2. Thu t toán tách sóng V-BLAST/LLSE [15,17] j ≠ {k1, …,ki-1}, s’ ∈ A (3.20e) Thu t toán V-BLAST/LLSE là m t bi n th c a V-BLAST Ki = arg max {pij} , j ≠ {k1, …,ki-1} (3.20f) trong ñó ma tr n tr ng s ñư c xác ñ nh theo nguyên t c LLSE. N i xki = siki ˆ (3.20g) dung c a thu t toán ñư c trình bày như sau: yi +1 = yi − xki ( H )ki ˆ (3.20h) Kh i t o: Wi+1 = Hki+ (3.20i) ρ ρ W1 = ( ) H + (( ) H H + + N 0 I Nt ) (3.19a) i=i+1 (3.20j) Nt Nt ñây, vectơ zi = (zi1, zi2, ...,ziM) và si= (si1, si2,..., siM) là các vectơ T T i=1 (3.19b) tương ng v i các công th c (3.13) và (3.14) trong máy thu ZF. L p: 2 Trong (3.20e) fij là hàm m t ñ xác su t ñư c xác ñ nh như sau: Ki =arg min (Wi ) j , j ≠ {k1, …,ki-1} (3.19c) - 1 zij - sij 2 1 s 2j zki= (wi)ki yi (3.19d) ( ) fij z ij sij = ps 2 e (3.21) xki = Q ( zki ) ˆ (3.19e) j 2 yi +1 = yi − xki ( H )ki ˆ (3.19f) trong ñó σ 2 = N 0 ( wi ) j j . Trong (3.20e) và (3.20f) ch s j là ch s ρ ρ c a các ph n t {1,2,…,Nt} ngo i tr các ph n t trong {k1, k2,…,ki- Wi+1 = ( ) H (( ) H ki H + N 0 I N )−1 (3.19g) M M 1}, nghĩa là j∈{1,2,…,Nt} \{k1,k2,…, ki-1}. i=i+1 (3.19h) 3.3.5.2. Thu t toán tách sóng V-LAST/LLSE/MAP 3.3.5. Thu t toán tách sóng V-BLAST/MAP Trong ph n này chúng ta s s d ng k thu t LLSE trong 3.3.5.1. Thu t toán tách sóng V-BLAST/ZF/MAP trình t tính toán ma tr n tr ng s . Thu t toán V-BLAST/LLSE/MAP S d ng nh ng ký hi u gi ng như thu t toán V-BLAST ñư c ñư c trình bày như sau: trình bày trên, n i dung thu t toán ñư c trình bày như sau: Kh i t o:
19 20 i=1 (3.22a) CHƯƠNG 4 –MÔ PH NG TÁCH SÓNG H MIMO V-BLAST ρ ρ 4.1. Sơ ñ kh i mô ph ng h th ng Wi = ( ) H (( ) Hi H + N0 I N ) (3.22b) M M L p: zi= wiyi (3.22c) si= Q(zi) (3.22d) zij zij pij = ( f ij ( )) / ( ∑ ( f ij ( )) , sij s' j ≠ {k1, …,ki-1}, s’ ∈ A (3.22e) Hình 4.1. Mô hình mô ph ng h th ng MIMO-VBLAST Ki = arg max {pij} , j ≠ {k1, …,ki-1} (3.22f) 4.2. Thu t toán tách sóng V-BLAST/ZF và V-BLAST/LLSE xki = siki ˆ (3.22g) 4.2.1. Thu t toán V-BLAST/ZF yi +1 = yi − xki ( H )ki ˆ (3.22h) 4.2.2. Thu t toán V-BLAST/LLSE ρ ρ Wi+1 = ( ) H (( ) H ki H + N 0 I N ) (3.22i) 4.2.3. K t qu mô ph ng M M 0 mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (8,12),16-QAM,10000 10 i=i+1 (3.22j) -1 10 V-BLAST/ZF V-BLAST/LLSE SER ZF LLSE -2 10 -3 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 SNR (dB) Hình 4.6 (a): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: ZF; LLSE; V- BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(8,12) và ñi u ch 16-QAM
21 22 Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,8),16-QAM,10000 Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,16),16-QAM,10000 0 0 10 10 -1 -1 10 10 V-BLAST/ZF V-BLAST/ZF V-BLAST/LLSE SER V-BLAST/LLSE SER ZF ZF LLSE LLSE -2 10 -2 10 -3 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 -3 10 SNR (dB) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 SNR (dB) Hình 4.6 (d): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: ZF; LLSE; V- Hình 4.6 (b): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: ZF; LLSE; V- BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,16) và BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,8) và ñi u ch 16-QAM ñi u ch 16-QAM 10 0 Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,8),4-QAM,10000 Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,12),16-QAM,10000 0 10 -1 10 -1 V-BLAST/ZF 10 V-BLAST/LLSE SER V-BLAST/ZF ZF V-BLAST/LLSE LLSE SER ZF -2 10 LLSE -2 10 -3 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 -3 SNR (dB) 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 SNR (dB) Hình 4.6 (e): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: ZF; LLSE; V- Hình 4.6 (c): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: ZF; LLSE; V- BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,8) và BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,12) và ñi u ch 4-QAM ñi u ch 16-QAM
23 24 Qua k t qu mô ph ng cho các gi i thu t : ZF; LLSE; V- 10 0 Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,12),16-QAM,10000 BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE cho kênh MIMO v i s anten thu -1 và phát ñư c thay ñ i, ta th y r ng s anten càng tăng thì s cho SER 10 t t hơn. V i cùng s lư ng anten thì gi a các gi i thu t, gi i thu t V- V-BLAST/ZF V-BLAST/LLSE SER -2 10 V-BLAST/ZF/MAP BLAST/LLSE s cho h s SER t t hơn. V-BLAST/LLSE/MAP 4.3. Thu t toán tách sóng V-BLAST/MAP -3 10 4.3.1. Thu t toán V-BLAST/ZF/MAP -4 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 4.3.2 Thu t toán V-BLAST/LLSE/MAP SNR (dB) 4.3.3 K t qu mô ph ng Hình 4.9 (b): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: V-BLAST/ZF; Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,8),16-QAM,10000 0 10 V-BLAST/ LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; và V-BLAST/LLSE/MAP. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,12) và ñi u ch 16-QAM Mo phong SER theo SNR cho HT MIMO VBLAST (4,16),16-QAM,10000 0 10 V-BLAST/ZF V-BLAST/LLSE SER -1 10 -1 V-BLAST/ZF/MAP 10 V-BLAST/LLSE/MAP V-BLAST/ZF V-BLAST/LLSE SER -2 10 V-BLAST/ZF/MAP V-BLAST/LLSE/MAP -2 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 -3 SNR (dB) 10 Hình 4.9 (a): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: V-BLAST/ZF; -4 10 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 V-BLAST/LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; và V-BLAST/LLSE/MAP. SNR (dB) Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,8) và ñi u ch 16-QAM Hình 4.9 (c): T s l i ký hi u SER c a các máy thu: V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; và V-BLAST/LLSE/MAP. Mô ph ng cho (Nt,Nr)=(4,16) và ñi u ch 16-QAM Các hình v trên mô t s so sánh thông s SER gi a các gi i thu t V-BLAST/ZF; V-BLAST/ LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; và V-
25 26 BLAST/LLSE/MAP v i s anten thu và phát ñã ñư c thay ñ i. Qua MIMO khác nhau như: OFDM-MIMO, CDMA-MIMO...cũng như các k t qu mô ph ng chúng ta th y r ng máy thu V- ñánh giá hi u năng. BLAST/LLSE/MAP cho hi u năng t t hơn c mà v n ñ m b o ñư c Trình bày ng n g n các quy t c tách sóng ký hi u cho các kênh ñ ph c t p không cao. MIMO như: MAP, ML; xét các máy thu dùng trong mô ph ng tách tín hi u MIMO-VBLAST (máy thu ZF, máy thu MMSE; máy thu V- K T LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI BLAST). T ñó ta th y V-BLAST là sơ ñ tách ký hi u ña l p, nó Đ tài ñã ñ t ñư c các k t qu sau: tách l n lư t các ký hi u phát t các anten phát khác nhau theo trình Kênh thông tin di ñ ng và các nh hư ng c a kênh truy n t d li u ñ c l p, khi k t h p gi a V-BLAST và MAP (V- ñ n tín hi u. BLAST/MAP) là s m r ng c a gi i thu t V-BLAST, V- T ng quan h th ng MIMO: Mô hình h th ng và phân lo i. BLAST/MAP k t h p các tính năng c a MAP (the maximum a- Mô hình kênh MIMO. posteriori) v i các quy t c c a V-BLAST, V-BLAST/MAP ch khác Nghiên c u các gi i thu t tách tín hi u trong h th ng v i V-BLAST ch th t tách ký hi u. Đ ñư c c th hơn ñ tài MIMO: ñã xây d ng mô hình, lưu ñ mô ph ng, chương trình mô ph ng: Gi i thu t: V-BLAST/ZF gi i thu t ZF; gi i thu t LLSE; gi i thu t V-BLAST; gi i thu t V- Gi i thu t: V-BLAST/LLSE BLAST/ZF; gi i thu t V-BLAST/LLSE; gi i thu t V- Gi i thu t: V-BLAST/ZF/MAP. BLAST/ZF/MAP; V-BLAST/LLSE/MAP. Gi i thu t: V-BLAST/LLSE/MAP. T các k t qu mô ph ng cho th y khi k t h p các gi i thu t Xây d ng chương trình mô ph ng kênh MIMO, và tách sóng này, hi u năng ch t lư ng SER c a h th ng ñư c c i thi n ñáng k , MIMO-V-BLAST g m: V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE; V- ñ c bi t là V-BLAST/MAP có t l l i ký hi u SER th p trong khi ñó BLAST/ZF/MAP; V-BLAST/LLSE/MAP. v n duy trì m c ñ ph c t p ng n như V-BLAST. C th là: Hư ng phát tri n: Nghiên c u kênh vô tuy n, các ñ c trưng c a kênh vô tuy n, - Ti p t c nghiên c u các thu t toán trên cho h th ng MIMO phương pháp thành l p mô hình h th ng MIMO trên cơ s phân chia trên kênh truy n phañinh bi n ñ i nhanh. giá tr ñơn (SVD: singular value decomposition) c a kênh MIMO. - Các thu t toán trên v n còn ñ ph c t p cao, vì v y c n ph i Phương pháp xây d ng kênh MIMO trên cơ s SVD này cho phép ta gi m ñ ph c t p c a các thu t toán. d ràng ñánh giá t ng quát nh ng ưu ñi m c a MIMO v m t hi u - Trên cơ s các thu t toán trên xây d ng các thu t toán tách năng. D a trên phương pháp phân tích SVD cho kênh vô tuy n sóng V-BLAST cho h th ng MIMO OFDM. MIMO, cho phép ta xây d ng các mô hình kênh và mô hình h th ng