zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Một phương pháp nâng cao chất lượng cho sơ đồ mã hóa trước và san bằng hồi tiếp quyết định cho các kênh MIMO ISI

Chia sẻ: Huỳnh Ngọc Bảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

44
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này sẽ trình bày một phương pháp nhằm nâng cao chất lượng cho sơ đồ này. Nhờ vào việc sử dụng độ dư một cách hợp lý hơn trong quá trình truyền dẫn nên đã giúp giảm được tỷ lệ bit lỗi và nâng cao được chất lượng của sơ đồ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Một phương pháp nâng cao chất lượng cho sơ đồ mã hóa trước và san bằng hồi tiếp quyết định cho các kênh MIMO ISI

Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Một phương pháp nâng cao chất lượng cho sơ đồ mã hóa trước và san bằng hồi tiếp quyết định cho các kênh MIMO ISI Tạ Chí Hiếu Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự Hà Nội, Việt Nam Email: hieunda@mta.edu.vn Tóm tắt—Sơ đồ mã hóa trước và san bằng hồi tiếp kết quả mô phỏng và mục 4 là các kết luận. Ở đây các quyết định đã chứng tỏ khả năng vượt trội của nó khi ký tự in đậm được cùng cho các ma trận và vec tơ, tập được áp dụng cho các kênh nhiều đầu vào - nhiều đầu ra hợp các số phức được thể hiện bằng ký tự C, các toán có nhiễu giữa các dấu (MIMO ISI). Bài báo này sẽ trình tử (·)T và (·)H được hiểu là các toán tử chuyển vị và bày một phương pháp nhằm nâng cao chất lượng cho sơ toán tử Hec-mit của các ma trận. đồ này. Nhờ vào việc sử dụng độ dư một cách hợp lý hơn trong quá trình truyền dẫn nên đã giúp giảm được tỷ lệ bit lỗi và nâng cao được chất lượng của sơ đồ. II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG Xét một hệ thống truyền dẫn theo khối như hình 1. Từ khóa—mã hóa trước; san bằng hồi tiếp quyết định Ở đây kênh nhiều đầu vào - nhiều đầu ra (Multi-Input theo khối; độ dư; kênh MIMO ISI. Multi-Output - MIMO) với T anten phát và R anten thu được giả thiết là có tính dừng và là kênh pha đinh chọn lọc theo tần số với độ dài đáp ứng xung kênh là I. GIỚI THIỆU L + 1. Đáp ứng xung của kênh được cho bởi các ma trận H[0], ..., H[L] là các ma trận phức, H[l] ∈ CR×T , Các sơ đồ truyền dẫn theo khối, ví dụ như sơ đồ và l = 0, ..., L. ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), vốn được Với các symbol đầu vào là s[n] và chuỗi các mẫu tín coi là sơ đồ truyền dẫn hiệu quả trên các kênh pha đinh hiệu thu được là y[n], ta lần lượt định nghĩa các khối chọn lọc theo tần số, các sơ đồ này có một đặc điểm symbol như thể hiện trong hình 1 như sau: chung là đều sử dụng các khoảng bảo vệ để chống lại nhiễu giữa các khối (Interblock Interference - IBI). Tuy s[i] , [s[iN ], ..., s[iN + N − 1]]T nhiên việc này này lại khiến cho hiệu quả phổ của hệ x[i] , [x[iP T ], ..., x[iP T + P T − 1]]T thống bị giảm xuống do một phần năng lượng của kênh y[i] , [y[iP R], ..., y[iP R + P R − 1]]T bị mất đi khi loại bỏ khoảng bảo vệ ở phía thu. Trong [4] các tác giả đã đề xuất một phương án thiết kế bộ mã ˜s[n] , s[iN ], ..., s˜[iN + N − 1]]T [˜ hóa trước và bộ san bằng hồi tiếp quyết định theo khối ˆs[i] , s[iN ], ..., sˆ[iN + N − 1]]T [ˆ (Block Decision Feedback Equalization - BDFE) được r[i] , [r[iP R], ..., r[iP R + P R − 1]]T tối ưu kết hợp theo tiêu chí sai số bình phương trung bình cực tiểu (Minimum Mean Square Error - MMSE). v[i] , [v[iP R], ..., v[iP R + P R − 1]]T Sơ đồ này đã được chứng minh là vượt trội hơn các sơ trong đó v[i] là vec tơ các mẫu tạp âm. đồ khác khi có IBI tồn tại trong hệ thống và vì vậy nó được áp dụng đối với các kênh có đáp ứng xung dài. Theo thiết kế đề xuất trong [4] bộ mã hóa trước Tuy nhiên ngay cả trong sơ đồ này thì bộ mã hóa trước F ∈ CP T ×N , (P T > N ) có cấu trúc như sau: vẫn dùng một khoảng bảo vệ có độ dài ngắn hơn độ dài F0 của đáp ứng xung của kênh để giảm bớt IBI. Bài này F= (1) 0N ×(P T −N ) sẽ đi sâu phân tích sơ đồ đề xuất trong [4] và đề xuất phương án nhằm cải thiện chất lượng của sơ đồ này. trong đó F0 là ma trận với kích thước N × N tương Phần còn lại của bài báo được bố trí như sau: mục 2 sẽ ứng với bộ mã hóa trước tuyến tính tối ưu. Phương trình trình bày về mô hình hệ thống, mục 3 trình bày về các trên cho thấy rằng một độ dư dưới dạng (P T − N ) ký ISBN: 978-604-67-0349-5 354
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) v[i] s[i] x[i] y[i] ˷ S s[i] ̂ s[i] P s[n] F H(z) W(z) ̂ s[n] P S N PT PR PR N N B(z) N Hình 1. Mô hình hệ thống mã hóa trước và san bằng BDFE cho kênh MIMO ISI tự 0 được chèn vào mỗi khối ký tự sau khi được mã hóa Với P ≥ L, bộ lọc dãy feed-forward sẽ gồm ba khâu trước. Nếu như P T − N < L thì lượng dư này sẽ giúp W−1 , W0 , W1 và bộ lọc dãy hồi tiếp sẽ gồm hai khâu giảm bớt nhiễu giữa các khối IBI nhưng không hoàn B0 và B1 . Giả thiết rằng tín hiệu đầu vào là tín hiệu toàn triệt tiêu được nhiễu này. trắng với phương sai bằng 1, ta định nghĩa các ma trận sau: Khi thực hiện truyền dẫn theo khối như sơ đồ trên " H0 F H1 F 0 # hình 1, hàm truyền đạt của kênh được cho dưới dạng S= 0 H0 F H1 F (6) ma trận đa thức như sau: 0 0 H0 F ∞   X Rvv 0 0 H(z) = Hn z −n (2) Rv¯v¯ =  0 Rvv 0  (7) n=0 0 0 Rvv + H1 F(H1 F)H Khi P ≥ L, các khối symbol y[i] được cho bởi phương trình sau: Ry¯y¯ = SSH + Rv¯v¯ (8) y[i] = H0 Fs[i] + H1 Fs[i − 1] + v[i] (3) trong đó Rvv là ma trận hiệp phương sai của tạp âm. Giả sử đã có bộ mã hóa trước, giá trị các phần tử trong đó H0 , H1 là các ma trận với kích thước P R×P T của các khâu của bộ lọc dãy feed-forward và của bộ lọc được cho bởi các phương trình sau: dãy hồi tiếp thỏa mãn tiêu chí MMSE được cho bởi các  H[0] 0 0 ··· 0  phương trình sau [4]  .. [W−1 W0 W1 ] = [0N ×N Q22 Q23 ]SH R−1 y¯y¯ (9)  . H[0] 0 ··· 0    .. .. ..  B0 = Q22 − I (10) H0 =   H[L] . . .   (4)  . B1 = Q23 (11) .. ..   . . . . 0  trong đó Q22 , Q23 là các ma trận con của ma trận 0 · · · H[L] · · · H[0] Q ∈ C3N ×3N được tính từ phép phân tích Cholesky   như sau: 0 · · · 0 H[L] · · · H[1] I + SH R−1 v ¯v H ¯ S = Q ΣQ (12)  .. ..   0 0 0 . .    ..  và  . . .. . . . H[L]  " Q11 Q12 Q13 # H1 =   .  (5) Q= 0N ×N Q22 Q23 (13)  .. ..   . 0   0N ×N 0N ×N Q33  . . .  .. .. ..   Bộ san bằng hồi tiếp quyết định được cho trong các 0 ··· ··· ··· ··· 0 phương trình (9), (10), (11) có khả năng làm việc ngay ISBN: 978-604-67-0349-5 355
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) cả khi tồn tại IBI nên được gọi là bộ san bằng MMSE- sẽ được loại bỏ để tránh gây ảnh hưởng đến BER của IBI-BDFE. hệ thống. Như vậy có thể thấy rằng bộ mã hóa trước đề xuất ở đây vẫn sử dụng một độ dư nhất định (do Để tiếp tục tối ưu hóa hệ thống, bộ mã hóa trước N < P T ) nhưng là để nhằm loại bỏ các kênh con có F được thiết kế như sau, từ phân tích giá trị riêng chất lượng quá thấp chứ không phải để giảm IBI, việc (eigenvalue decomposition - EVD) giảm ảnh hưởng của IBI ở đây được đảm nhiệm hoàn ˆ H R−1 H H ˆ 0 = VN ΛVH (14) toàn bởi bộ san bằng MMSE-IBI-BDFE ở máy thu. 0 vv N ˆ 0 chứa N cột đầu tiên của ma trận H0 , ta Như vậy bộ mã hóa trước cải tiến được cho bởi trong đó H phương trình sau: có thể có được bộ mã hóa trước tuyến tính theo tiêu chí MMSE F0 = VN Φ với Φ là một ma trận đường chéo F = VN 1 Φ (16) mà các phần tử trên đường chéo chính của nó được tính dựa trên tiêu chí làm cực tiểu sai số bình phương trung trong đó VN 1 chứa N cột đầu tiên của ma trận V được bình MMSE [3] tính từ phân tích EVD sau đây: −1 PM¯ −1 ! HH 0 Rvv H0 = VΛV H (17) P0 + λ −1/2 |φii |2 = max PM¯ k=1 k −1/2 λi − λ−1 i , 0 và ma trận Φ vẫn là ma trận đường chéo với các phần λ k=1 k tử trên đường chéo chính được cho bởi (15). Với bộ mã (15) ¯ là số lượng các phần tử φii thỏa mãn điều kiện hóa trước như trên, có thể thấy rằng tích của ma trận với M H0 và ma trận F được viết như sau |φii |2 > 0 và P0 là công suất phát. H0 F = UΛ1/2 VH VN 1 Φ (18) Theo kết quả trong [4] thì hệ thống mã hóa trước và san bằng BDFE vừa nêu đạt được chất lượng vượt trội H Tích V VN 1 trong phương trình trên cho ta một ma hơn hẳn các hệ thống khác như hệ thống tuyến tính hoặc trận kích thước P T × N trong đó N hàng bên trên thực hệ thống OFDM. Đặc biệt là bộ san bằng MMSE BDFE chất là một ma trận đơn vị và các hàng còn lại bên dưới cho thấy nó có khả năng hoạt động rất tốt khi có tồn gồm toàn các phần tử 0, điều này cho phép chọn N tại IBI, khi không có IBI tức là khi độ dài của khoảng kênh con đầu tiên tương ứng với N giá trị đầu tiên của bảo vệ đúng bằng L thì khi đó bộ san bằng BDFE sẽ ma trận đường chéo Λ và loại bỏ các kênh con còn lại. suy biến thành bộ san bằng tuyến tính. Tuy nhiên ta có thể thấy rằng, với bộ mã hóa trước được cho trong (1) So sánh các phép phân tích EVD trong (14) và (17) thì hệ thống vẫn sử dụng một khoảng bảo vệ nhất định có thể thấy rằng do trong (17) toàn bộ ma trận H0 được để giảm bớt lượng xuyên nhiễu giữa các block tín hiệu, sử dụng thay vì chỉ là N cột đầu tiên của H0 như trong điều này làm giảm hiệu quả phổ của hệ thống bởi khi (14) nên rõ ràng là bộ mã hóa trước đề xuất trong (16) nhân ma trận F với các ma trận kênh như trong phương cho phép giảm thiểu được sự mất mát năng lượng của trình (3), P T − N cột cuối cùng của ma trận H0 sẽ bị kênh. loại bỏ và như vậy sẽ làm mất một phần năng lượng của kênh. Lượng mất này sẽ có thể lớn nếu đáp ứng xung III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG của kênh càng dài. Bên cạnh đó, ta có thể thấy rằng đối Để đánh giá và so sánh chất lượng của sơ đồ đề với bộ mã hóa trước tuyến tính MMSE thì công suất xuất với chất lượng của sơ đồ trong [4], ta tiến hành mô phát được phân bổ cho các kênh con tương ứng với các phỏng với mô hình kênh MIMO ISI gồm 4 anten phát ˆ H R−1 H giá trị riêng (eigenvalues) của ma trận H ˆ 0 , mà và 4 anten thu, bậc của đáp ứng xung kênh L = 10, 0 vv các giá trị này lại khác nhau do bản chất của phép phân đáp ứng xung kênh được tạo ra dựa trên mô hình kênh tích EVD. Điều này dẫn đến một thực tế là tỷ lệ lỗi bit trong nhà Saleh-Valenzuella được đề xuất trong [2] ta BER của hệ thống sẽ bị kém đi do các kênh con tương tiến hành mô phỏng đối với 100 đáp ứng xung của kênh. ứng với các giá trị riêng thấp. Như vậy một câu hỏi Các tham số được sử dụng trong mô phỏng như sau: đặt ra ở đây là liệu có phương pháp nào để tránh được N = 148, P T = 42 ∗ 4 = 168 có nghĩa là một độ dư sự mất mát năng lượng kênh như đã nêu đồng thời lại tổng cộng là 20 symbol được sử dụng trong cả hai sơ tránh được các kênh con với giá trị riêng thấp để đảm đồ cải tiến và chưa cải tiến, dạng điều chế sử dụng ở bảo được chất lượng truyền dẫn? đây là 4-QAM. Cả hai sơ đồ được so sánh ở đây đều sử dụng bộ san bằng MMSE-IBI-BDFE ở phía thu. Ở phía Để giải quyết vấn đề này, ở đây đề xuất sử dụng một phát, sơ đồ chưa cải tiến dùng bộ mã hóa trước được bộ mã hóa trước không chứa hàng nào toàn ký tự 0, điều cho trong (1), còn sơ đồ cải tiến dùng bộ mã hóa trước này nhằm để tránh bị mất năng lượng kênh do sử dụng đề xuất trong (16). khoảng bảo vệ. Bên cạnh đó, bộ mã hóa trước được lựa chọn với kích thước N × P T với N < P T , điều này Tỷ lệ lỗi bit BER của hai sơ đồ cải tiến và chưa cải nhằm đảm bảo một số kênh con với giá trị riêng thấp tiến được thể hiện trên hình 2. Từ kết quả mô phỏng ta ISBN: 978-604-67-0349-5 356
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) [3] A. Scaglione, G. B. Giannakis and S. Barbarossa, “Redundant Filterbank Precoders and Equalizers. I. Unification and Optimal 0 10 Designs,” IEEE Trans. Sig. Proc. 47(7), pp.1988-2006, July 1999. [4] A. Stamoulis, G. B. Giannakis and A. Scaglione, “Block FIR Decision-Feedback Equalizers for Filterbank Precoded Trans- −1 10 missions with Blind Channel Estimation Capabilities,” IEEE Trans. Comm. 49(1), pp. 69-83, January 2001. BER −2 10 MMSE linear prec. with MMSE−IBI−BDFE Enhanced Prec. with MMSE−IBI−BDFE −3 10 −4 10 5 10 15 20 25 SNR [dB] Hình 2. So sánh tỷ lệ lỗi bit BER của hai sơ đồ cái tiến và chưa cải tiến thấy rằng tại mức BER bằng 10−2 , sơ đồ cải tiến đạt được một độ lợi khoảng 5 dB so với sơ đồ chưa cải tiến. Như vậy việc sử dụng độ dư như đã đề xuất đã giúp tránh được việc một phần năng lượng kênh bị mất đồng thời cũng giúp loại bỏ được các kênh con có giá trị riêng quá thấp dẫn đến chất lượng của hệ thống được cải thiện rõ rệt. IV. KẾT LUẬN Như vậy bài báo đã đi sâu phân tích các đặc điểm của sơ đồ sử dụng bộ mã hóa trước tuyến tính MMSE và bộ san bằng MMSE-IBI-BDFE được đề xuất trong [4], trên sơ sở đó đã đề xuất một phương pháp cải tiến để nâng cao chất lượng của sơ đồ. Nhờ việc sử dụng độ dư một cách hiệu quả hơn trong sơ đồ cải tiến nên đã cùng một lúc đạt được hai mục đích, đó là tránh để mất năng lượng kênh và tránh được việc truyền trên các kênh con có chất lượng quá thấp, nhờ đó đã giúp giảm rõ rệt tỷ lệ lỗi bit của hệ thống. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tiếp tục tối ưu hóa sơ đồ này dựa trên một số thuật toán phân tích được đề xuất gần đây như thuật toán phân tích trung bình hình học (Geometrical Mean Decomposition - GMD) [1]. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Y. Jiang, W. W. Hager, and J. Li, “The Geometric Mean Decomposition,” Lin. Alg. and App. 396, pp. 373-384, 2005. [2] A. M. Saleh, R. A. Valenzuela, “A Statistic Model for Indoor Multipath Propagation,” IEEE J. Sel. Areas Commun. 5(2), pp.128-137, 1987. ISBN: 978-604-67-0349-5 357

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.