HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
--------------------------------
PHẠM THỊ HUYỀN
KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA TUYẾN TÍNH KẾT HỢP KỸ THUẬT PHÂN
TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 8.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2023
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. VŨ VĂN SAN
TS. ĐINH VĂN KHÔI
Phản biện 1 : PGS. TS. Nguyễn Hữu Trung
Phản biện 2 : PGS. TS. Nguyễn Nam Hoàng
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Vào lúc: 08 giờ 45 ngày 29 tháng 7 năm 2023
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
‐ Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông.
1
MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của ngành điện tử truyền thông trong những năm qua,
cùng với những nhu cầu về dịch vụ ngày càng đa dạng của con người, đang là những động
lực phát triển mạnh mẽ các hệ thống thông tin cả về dung lượng cũng như chất lượng hệ
thống. Một trong những giải pháp đó là công nghệ truyền thông vô tuyến sử dụng đa ăng-
ten, hay còn gọi là hệ thống đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO: Multiple Input Multiple Output).
Massive MIMO là công nghệ sử dụng mảng ăng-ten, với số lượng các phần tử trên mảng có
thể lên tới hàng trăm ăng-ten, nhằm mục tiêu tăng dung lượng truyền dẫn và cải thiện độ
tăng ích của ăng-ten lên rất nhiều lần.
Một vấn đề đặt ra trong quá trình truyền tín hiệu từ BS đến tất cả các người dùng đó
là quá trình tách tín hiện tại phía người dùng khi tín hiệu đã bị trộn lẫn tại phía phát để bảo
đảm rằng mỗi người dùng chỉ nhận được thành phần tín hiệu mong muốn, các thành phần
tín hiệu của người dùng khác cần được loại bỏ.
Trong hệ thống Massive MIMO, số lượng các ăng-ten trang bị tại phía trạm gốc và
số lượng người dùng tăng lên. Do đó, các thuật toán xử lý tín hiệu tại phía phát cũng như
phía thu trở nên phức tạp hơn. Việc nghiên cứu thuật toán tiền mã hóa có độ phức tạp thấp,
phẩm chất BER cao đang là một chủ đề thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa
học trong và ngoài nước hiện nay.
Xuất phát từ thực tế trên, học viên chọn đề tài “Kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính kết
hợp kỹ thuật phân tích thành phần chính trong hệ thống Massive MIMO” nhằm nghiên cứu
những vấn đề lý thuyết cơ bản, các kỹ thuật tiền mã hóa có độ phức tạp thấp, phẩm chất
BER cao áp dụng cho hệ thống Massive MIMO.
Đề án bao gồm 3 chương:
Chương 1 – Tổng quan về hệ thống Massive MIMO
Chương 2 – Kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính kết hợp kỹ thuật phân tích thành phần
chính trong hệ thống Massive MIMO
Chương 3 – So sánh, đánh giá phẩm chất BER, độ phức tạp tính toán của các thuật
toán tiền mã hóa
2
Chương I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MASIVE MIMO
1.1. Quá trình phát triển từ hệ thống MIMO điểm - điểm lên hệ thống Massive
MIMO
1.1.1. Hệ thống MIMO điểm – điểm
Trong thông tin vô tuyến, đa đầu vào và đa đầu ra MIMO (Multiple-Input Multiple-
Output), hoặc MIMO điểm - điểm, là một kỹ thuật truyền thông không dây, trong đó nhiều
ăng-ten được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu đồng thời. Theo cách tiếp cận này, MIMO
đề cập đến một lớp các kỹ thuật truyền và nhận đồng thời nhiều dữ liệu trên cùng một kênh
vô tuyến bằng cách khai thác điện trường truyền lan đa đường.
Hình 1.1: Mô hình kênh MIMO cơ bản
Trên một thiết bị sử dụng kỹ thuật MIMO có các chỉ số thông số thể hiện như: 2x2
hay 3x2... có thể hiểu rằng, thành phần đầu tiên thể hiện số ăng-ten phát và thành phần phía
sau thể hiện số ăng-ten thu. MIMO cho phép truyền nhiều tín hiệu tại cùng một thời điểm,
do đó tăng băng thông truyền dẫn và giảm độ trễ của mạng. Kỹ thuật này sử dụng nhiều
ăng-ten để truyền dữ liệu đồng thời, các tín hiệu này là độc lập nhau.
1.1.2. Hệ thống MIMO đa người dùng
Các hệ thống MIMO được chia thành 2 loại: MIMO đơn người dùng (SU-MIMO:
Single user MIMO) và MIMO đa người dùng (MU-MIMO: Multiuser Multiple-Input
Multiple-Output).
Trong SU-MIMO, bộ phát và bộ thu được trang bị nhiều hơn một ăng-ten. Hiệu suất
được nâng cao về phạm vi bao phủ, độ tin cậy của liên kết và tốc độ truyền dữ liệu. Ưu điểm
chính của hệ thống SU-MIMO đã gia tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu. Tuy nhiên, nhược
điểm của hệ thống này là chỉ có thể gửi và nhận dữ liệu với một thiết bị vào một thời điểm.
Tx 1
Tx 2
Tx M
Rx 2
Rx 1
Rx K
Các ăng-ten phát Các ăng-ten thu
Kênh MIMO
...
...
3
Để khắc phục những nhược điểm của hệ thống SU-MIMO, một hệ thống mới ra đời,
đó là hệ thống MIMO đa người dùng (MU-MIMO). Hệ thống MU-MIMO cho phép các bộ
phát Wi-Fi giao tiếp với nhiều thiết bị trong cùng một thời điểm. Điều này giúp giảm thời
gian mỗi thiết bị phải chờ tín hiệu và tăng tốc độ truyền, nhận dữ liệu.
Trên cơ sở những ưu, nhược điểm về lý thuyết hệ thống MU-MIMO, với một thiết bị
phát Wifi ứng dụng kỹ thuật này sẽ có những ưu điểm chính như:
- Thời gian mỗi thiết bị phải chờ nhận dữ liệu giảm xuống mức thấp nhất.
- Gia tăng số lượng thiết bị đầu cuối được xử lý đồng thời, giảm được hiện tượng rớt
mạng.
- Tăng tốc độ Download (tải xuống) với các thiết bị hỗ trợ MU-MIMO.
- Giúp trải nghiệm người dùng tốt hơn, ngay cả khi thiết bị không được hỗ trợ MU-
MIMO.
1.1.3. Hệ thống Massive MIMO
Massive MIMO là một dạng hệ thống MU-MIMO trong đó số lượng ăng-ten trang bị tại
BS và số lượng người dùng là rất lớn. Trong Massive MIMO, hàng trăm hoặc hàng nghìn ăng-
ten BS phục vụ đồng thời hàng chục hoặc hàng trăm người dùng trong cùng một tài nguyên tần
số. Một số đặc điểm chính của Massive MIMO là:
- Hoạt động với TDD
- Xử lý tuyến tính
- Lan truyền thuận lợi
- Một dải ăng-ten BS lớn không nhất thiết phải lớn về mặt vật lý
- Massive MIMO có khả năng mở rộng
- Tất cả sự phức tạp là ở BS
Hình 1.2: Hoạt động đường lên và đường xuống của một liên kết Massive MIMO