Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật viễn thông: Một số mô hình kênh không gian và tác động của tương quan không gian trong hệ thống MIMO-OFDMA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> NGUYỄN THU NGA<br /> <br /> MỘT SỐ MÔ HÌNH KÊNH KHÔNG GIAN VÀ<br /> TÁC ĐỘNG CỦA TƢƠNG QUAN KHÔNG GIAN<br /> TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDMA<br /> <br /> Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông<br /> Mã số: 62520208<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG<br /> <br /> HÀ NỘI - 2016<br /> <br /> Công trình này được hoàn thành tại:<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Đức<br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường<br /> <br /> họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.<br /> Vào hồi … giờ, ngày…. tháng … năm…<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> 1. Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK Hà Nội<br /> 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> LỜI MỞ ĐẦU<br /> 1. Bối cảnh nghiên cứu<br /> Bằng cách kết hợp hai kỹ thuật đa anten phát đa anten thu và ghép kênh phân chia<br /> tần số trực giao MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency<br /> Division Multiplexing), hiệu năng của hệ thống truyền thông không dây đã được tăng<br /> cường do sử dụng phương pháp phân tập tín hiệu truyền trên miền thời gian, tần số và<br /> không gian. Hệ thống đa anten phát đa anten thu đa truy nhập phân chia theo tần số trực<br /> giao MIMO-OFDMA (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division<br /> Multiplex Access) được ứng dụng cho nhiều người dùng bằng cách phân bổ sóng mang<br /> con khác nhau nhờ việc chống fading chọn lọc tần số.<br /> 2. Lí do lựa chọn đề tài<br /> Nghiên cứu chỉ ra rằng, các vấn đề dung lượng kênh truyền hay việc xử lý tín hiệu<br /> đều do ảnh hưởng của đặc tính tương quan fading lên các kênh truyền. Các mô hình<br /> kênh thống kê MIMO được phân chia theo mô hình hình học tán xạ như mô hình một<br /> vòng tròn Onering hoặc các mô hình tham số thống kê dựa trên đo đạc như mô hình<br /> kênh không gian SCM. Do vậy, việc đặt ra bài toán kết hợp đánh giá chất lượng hệ<br /> thống ở lớp vật lý kết hợp với cấp phát kênh động ở lớp MAC trên các mô hình kênh có<br /> ảnh hưởng của tương quan không gian MIMO-OFDMA theo các chuẩn truyền dẫn mới<br /> là cần thiết. Như vậy, luận án so sánh hai phương pháp mô hình kênh hình học và<br /> phương pháp mô hình kênh tham số đo đạc: liệu trong điều kiện và môi trường truyền<br /> dẫn nào thì hai phương pháp mô hình này có thể thay thế cho nhau. Qua các khảo sát đặc<br /> tính tương quan không gian phụ thuộc vào khoảng cách anten, luận án đánh giá ảnh<br /> hưởng của nó tới chất lượng của hệ thống MIMO.<br /> 3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án<br /> Luận án xây dựng mô hình kênh MIMO băng rộng phù hợp với chuẩn LTE-A dưới<br /> tác động của tương quan không gian. Dựa trên mô hình kênh luận án đề xuất phương<br /> pháp đánh giá chất lượng hệ thống ở lớp vật lý kết hợp cấp phát kênh động trên lớp<br /> MAC trong điều kiện kênh có sự thay đổi tương quan không gian trên hai phương pháp<br /> mô hình kênh đã xét. Để thực hiện tối ưu cách làm thông thường là mô phỏng vét cạn<br /> các trường hợp để đưa ra sự đánh giá chính xác và đáng tin. Luận án đã chỉ rõ sự liên hệ<br /> về các đặc tính tương quan của kênh truyền với chất lượng hệ thống với các hàm toán<br /> học có thể mô hình được bằng giải tích và các đại lượng phi tuyến không thể mô hình<br /> được. Đây là kết quả có ý nghĩa giúp các nhà khoa học tiên lượng được kết quả của hệ<br /> thống.<br /> 4. Tổng quan tình hình nghiên cứu về mô hình kênh MIMO và ảnh hƣởng của<br /> đặc tính tƣơng quan không gian kênh truyền đến chất lƣợng hệ thống MIMOOFDMA<br /> 5. Các vấn đề cần giải quyết của luận án<br /> Luận án khảo sát và so sánh hàm tương quan không gian của hai phương pháp mô<br /> hình kênh hình học một vòng tròn và mô hình tham số đo đạc không gian SCM. Điều<br /> <br /> 1<br /> <br /> này dẫn tới mô hình hình học đơn giản có thể thay thế cho mô hình tham số đo đạc trong<br /> điều kiện đặc biệt và đề xuất cho các môi trường truyền dẫn cho các mô hình kênh. Tiếp<br /> theo luận án đề xuất đánh giá chất lượng hệ thống MIMO khi sử dụng các phương pháp<br /> mã khối trên các mô hình kênh có ảnh hưởng của tương quan không gian MIMOOFDM. Cuối cùng, trong hệ thống có ảnh hưởng của tương quan không gian MIMOOFDMA, luận án đánh giá chất lượng hệ thống ớ lớp MAC và đề xuất tổ hợp mã hóa.<br /> Các đóng góp chính của luận án có thể được tóm lược như sau:<br /> Đóng góp 1: So sánh và đánh giá hiệu năng và khả năng ứng dụng của phương pháp<br /> mô hình tham số đo đạc không gian SCM và mô hình kênh hình học Onering cho hệ<br /> thống thông tin di động để đưa ra các trường hợp sử dụng mô hình Onering thay thế cho<br /> SCM. Đóng góp 2: Thông qua kết quả phân tích lý thuyết khảo sát hàm tương quan<br /> không gian và mô phỏng hệ thống thống thông qua tỉ số lỗi ký tự SER, luận án đề xuất<br /> các bộ tham số tối ưu về khoảng cách anten phát và thu để tối ưu chất lượng hệ thống<br /> MIMO-OFDM sử dụng các kỹ thuật mã hóa kênh. Đóng góp 3: Trên cơ sở xem xét các<br /> giải pháp mã hóa lớp vật lý, luận án xem xét tiếp tác động tương quan không gian đối<br /> với lớp MAC của hệ thống MIMO-OFDMA cấp phát kênh động. Đóng góp 4: Đề xuất<br /> sử dụng tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống đa người sử dụng MIMO-OFDMA trên các<br /> mô hình kênh tương quan không gian.<br /> 6. Những giới hạn trong các nghiên cứu của luận án<br /> Vấn đề đồng bộ coi như là lí tưởng trong cả trường hợp đường lên và đường xuống.<br /> Thông tin kênh truyền ở phía thu là lý tưởng. Trong một cell thì ảnh hưởng của nhiễu<br /> đồng kênh là không có.<br /> 7. Phƣơng pháp nghiên cứu<br /> Phương pháp tính toán giải tích được áp dụng để phân tích các phương trình toán<br /> học. Phương pháp Monte Carlo sử dụng mô phỏng Matlab cũng được sử dụng để mô<br /> phỏng hệ thống và tìm hiệu năng của hệ thống.<br /> 8. Bố cục của luận án:<br /> Luận án gồm 4 chương: Chương 1: Phân tích đặc tính tương quan không gian và các<br /> phương pháp phỏng tạo kênh MIMO. Chương 2: Đánh giá ảnh hưởng của đặc tính<br /> tương quan không gian với hệ thống MIMO-OFDM dựa trên các mô hình kênh<br /> truyền.Chương 3: Đánh giá chất lượng của thuật toán triệt nhiễu VBLAST-ZF trên các<br /> mô hình kênh tương quan không gian MIMO-OFDMA.Chương 4: Đề xuất sử dụng tổ<br /> hợp mã hoá SFBC-MMSE dựa trên đặc tính tương quan không gian MIMO-OFDMA.<br /> CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN VÀ<br /> CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỎNG TẠO KÊNH<br /> 1.1 Biểu diễn toán học của ma trận tƣơng quan kênh MIMO<br /> 1.2 Các phƣơng pháp phỏng tạo kênh<br /> 1.2.1<br /> Mô hình kênh hình học tán xạ một vòng tròn Onering<br /> Mô hình một vòng tròn Onering là mô hình ngẫu nhiên dựa trên đặc tính hình học.<br /> Các điểm tán xạ phân bố ngẫu nhiên sau đó sẽ được xếp lên vòng tròn tán xạ bán kính<br /> xung quanh thiết bị di động mục đích là để tạo ra các thời gian trễ truyền dẫn. Mô hình<br /> <br /> 2<br /> <br /> Onering mở rộng hình 1.2 cho hệ thống MIMO- OFDM với chuẩn ô tô trên đường<br /> Vehicular A (EVA) - ITU trong điều kiện thông tin trạng thái kênh hoàn hảo. Trong đó<br /> đại lượng<br /> được gọi là góc trải nhìn từ BS, khoảng cách giữa các phần tử anten bên<br /> BS và MS lần lượt là<br /> . Hệ số<br /> là các góc ngẩng anten bên phía thuê bao<br /> MS và trạm gốc BS. Đại lượng<br /> là góc tới của đường tới thứ n bên MS, tương ứng<br /> như vậy, ta có góc đi<br /> là góc đi lớn nhất bên BS; đại lượng<br /> là góc dịch<br /> chuyển bên phía MS.<br /> <br />