Nghiên cứu hệ thống CE OFDM STSK MIMO với cân bằng không gian thời gian STE trên các kênh sóng milimet

Bài viết Nghiên cứu hệ thống CE OFDM STSK MIMO với cân bằng không gian thời gian STE trên các kênh sóng milimet nghiên cứu các kỹ thuật MIMO kết hợp với khóa dịch không gian thời gian STSK và ghép kênh phân chia theo tần số trực giao đường bao hằng CE-OFDM trên các kênh sóng mm chọn lọc tần số.

Đào Minh Hưng, Nguyễn Đỗ Dũng 46 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CE OFDM STSK MIMO VỚI CÂN BẰNG KHÔNG GIAN THỜI GIAN STE TRÊN CÁC KÊNH SÓNG MILIMET STUDYING CE OFDM STSK MIMO SYSTEMS WITH SPACE TIME EQUALIZER STE OVER MILIMETER-WAVE CHANNELS Đào Minh Hưng, Nguyễn Đỗ Dũng Trường Đại học Quy Nhơn; daominhhung.tvc@gmail.com, nguyendodung1985@gmail.com Tóm tắt - Kênh sóng mm giải pháp lựa chọn cho hệ thống 5G Một thách thức đáng ý xem xét lớp vật lý (PHY) để triển khai hệ thống truyền dẫn lớp đánh đổi hiệu nguồn lượng phổ tần thơng qua việc sử dụng kỹ thuật đa sóng MIMO tiên tiến Trong báo này, nghiên cứu kỹ thuật MIMO kết hợp với khóa dịch không gian thời gian STSK ghép kênh phân chia theo tần số trực giao đường bao CE-OFDM kênh sóng mm chọn lọc tần số Bộ cân không gian thời gian STE đề xuất sử dụng máy thu đảm bảo độ phức tạp hệ thống thấp tốt Các kết mô chứng tỏ hệ thống CE-OFDM STSK MIMO với cân STE có xét đến khuếch đại cao tần phi tuyến đạt hiệu hiệu phổ vượt trội cho truyền thơng sóng milimet Abstract - Millimeter-wave channels are the solution chosen for 5G systems One of the notable challenges considered in the physical layer (PHY) for implementing these transmission systems is the trade-off between energy source and spectrum through the use of advanced MIMO techniques In this paper, we study MIMO techniques in combination with space time shift keying STSK and constant-frequency division multiplexing CE-OFDM overfrequency-selective mm Wave channels The space time equalizer STE is recommended for use in receiver but warrants the system complexity as low as possible The simulation results show that the CE-OFDM STSK MIMO system with STE equalizer considering the nonlinear high frequency amplifier achieves superior performance and spectral efficiency for millimeter-wave communications Từ khóa - STE; CE-OFDM; OFDM STSK; OFDM STSK MIMO; mm-wave Key words - STE; CE-OFDM; OFDM STSK; OFDM STSK MIMO; Millimeter-wave Đặt vấn đề Trong hệ thống thông tin không dây băng rộng di động tồn nhiễu liên ký hiệu ISI (InterSymbol Interference) nhiễu đồng kênh CCI (CoChannel Interference), xử lý tín hiệu khơng gian thời gian triệt hai lúc giới hạn chúng nên hiệu hệ thống thấp Ngoài ra, hệ thống với xử lý không gian thời gian tận dụng hiệu băng tần kênh truyền Kết không đáp ứng chất lượng dung lượng theo nhu cầu người sử dụng Sự kết hợp xử lý khơng gian thời gian khai thác đồng thời miền không gian thời gian, cho phép ngăn chặn nhiễu liên ký hiệu nhiễu đồng kênh Sự kết hợp xử lý biết đến với tên gọi mã hóa khơng gian thời gian STC (Space Time Code) Mã hóa khơng gian thời gian STC đa đầu vào đa đầu MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) kết hợp ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) thực mở đường mạnh mẽ cho phép tăng cao chất lượng dung lượng hệ thống thông tin hoạt động băng 6GHz [1] chuẩn 4G STC có số cách tiếp cận cấu trúc mã hóa như: Mã hóa khơng gian thời gian STC Alamouti, mã hóa khối khơng gian thời gian STBC (Space Time Block Coding), mã hóa lưới khơng gian thời gian STTC (Space Time Trellis Coding), mã hóa khối khơng gian thời gian vi sai DSTBC (Differential Space TimeBlock Coding) Tất cách tiếp cận dẫn đến nghiên cứu khác để cải thiện độ lợi ghép không gian độ lợi phân tập không gian [1] Điều chế không gian/ khóa dịch khơng gianSM/SSK (Spatial Modulation/Space Shift Keying) lợi dụng đặc tính khơng gian thời gian giàu tính phân tập để tăng hiệu giới hạn cải thiện dung lượng hệ thống Ngược lại, ghép kênh khơng gian SMUX (Spatial Multiplexing) có khả cung cấp độ lợi ghép kênh không gian tốt phân tập không gian giống VBLAST [2] Các nghiên cứu gần đây, tập trung vào ứng dụng hiệu cho kỹ thuật MIMO-OFDM khóa dịch khơng gian thời gian STSK (Space Time Shift Keying) đề xuất Kadir, Sugiura, Chen and Hanzo [3] STSK kỹ thuật mã hóa khơng gian thời gian dựa vào lựa chọn kích hoạt ma trận phân tán DM (Dispersion Matrix) từ tập ma trận không gian thời gian trực giao STSK đạt hiệu từ dung hòa kỹ thuật phân tập kỹ thuật ghép MIMO mà ngăn chặn nhiễu xuyên kênh ICI (Inter-Channel Interference) không cần số lượng lớn anten Đặc tính STSK phát huy ưu điểm kỹ thuật mã hóa không gian thời gian mà cụ thể ghép không gian SMUX [2] điều chế không gian SM [4] Ngoài ra, STSK kết hợp OFDM cho phép khai thác hiệu đặc tính phân tập miền thời gian tần số miền không gian mức cao, linh động Nghiên cứu [5], STSK ứng dụng backhaul tế bào nhỏ (small-cell backhaul) sóng mm cho thấy, hiệu STSK hiệu so với SM SMUX Trong hệ thống 5G, việc lựa chọn dạng sóng chủ yếu dựa theo tiêu chí hiệu suất phổ, dựa nguyên tắc cảm hứng từ OFDM, cần phải ý đến nhược điểm tỷ lệ cơng suất đỉnh trung bình PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) cao điều chế đa sóng mang [6] Sóng mm (millimeter-wave) tương ứng với phổ tần số vơ tuyến có độ dài bước sóng mm tần số cấp phát: 71-76 GHz, 81-86 GHz đạt dung lượng 10Gb/s điều kiện kênh truyền tiêu chuẩn [7] Các nghiên cứu hiệu hệ thống thơng tin sóng mm chủ yếu tập trung vào giao diện truy cập vô tuyến miền ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 18, NO 5.1, 2020 thời gian - tần số, để tăng đặc tính phổ phù hợp tăng khả chống lại suy hao gặp phải q trình phát thu tín hiệu Trên kênh sóng mm, nhóm tác giả nghĩ hiệu lượng quan trọng so với việc nghiên cứu loại dải phổ phía kỹ thuật đa sóng mang băng lọc FBMC (Filter-Bank MultiCarrier) đa sóng mang lọc tồn cục UFMC (Universal Filtered Multicarrier) Hiệu kết hợp STSK với OFDM sóng mm bị suy giảm nghiêm trọng nhược điểm cố hữu OFDM tỷ số PAPR cao, dễ bị tác động méo dạng khuếch đại công suất cao tần Việc ứng dụng hạn chế backoff đầu vào IBO (Input BackOff) lớn nên khuếch đại công suất cao tần phi tuyến Như [7], tài nguyên lượng kênh sóng mm thị (Urban) nói chung khan hiếm, suy hao đường truyền che khuất lớn nhiều so với các băng 6GHz.Vì vậy, việc giảm tỷ số tín hiệu tạp âm mức 9-10dB dẫn đến đầu backoff OBO (Output BackOff) không mong đợi Theo tiêu chí tiêu thụ lượng, việc áp dụng backoff lớn giải pháp không đạt yêu cầu, hiệu lượng bổ sung PAE (Power-Added Efficiency) khuếch đại giảm áp dụng IBO [8] Để khắc phục nhược điểm nêu OFDM, đề xuất Thompson et.al [9] giải toán biến thiên đường bao điều chế với tên gọi OFDM đường bao CE-OFDM (ConstantEnvelope OFDM) CE-OFDM dựa điều chế pha tín hiệu thực OFDM Một tính bật dạng sóng đa sóng đường bao tỷ số PAPR dB, điều khiến khuếch đại cơng suất cao tần đạt đến điểm bão hịa mà không gây méo dạng, cho phép sử dụng hiệu nguồn tài nguyên công suất truyền dẫn Như chứng minh rõ ràng [9], CE-OFDM cung cấp hiệu vượt trội so với OFDM khả khắc phục đặc tính đa đường nhờ có bậc phân tập 47 tần số lớn Ngoài ra, [10], kỹ thuật điều chế đa sóng mang đường bao có khả chống lại ảnh hưởng tạp âm pha tốt so với hai đối tác OFDM thông thường đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) tạp âm pha điều chế cộng thay nhân đầu tách pha Từ ưu điểm này, CE-OFDM nghiên cứu ứng dụng cho truyền dẫn SISO (Single-Input Single-Output) cho 5G sóng mm [11], chứng tỏ hiệu vượt trội dạng sóng đường bao độ bao phủ tốc độ liệu Trong này, nhóm tác giả nghiên cứu hệ thống MIMO kết hợp với khóa dịch chuyển không gian thời gian STSK CE-OFDM khai thác triệt để nguồn tài nguyên lượng khan kênh truyền sóng mm Hệ thống tạo nhiều luồng tín hiệu điều chế nhiều sóng mang với đường bao truyền qua nhiều anten mà không làm biến dạng biên độ phi tuyến khuếch đại công suất cao tần Mục tiêu nghiên cứu cải thiện hiệu hệ thống cách đề xuất sơ đồ sử dụng cân không gian gian thời gian STE (Space Time Equalizer) phía thu Vì vậy, với mã hóa STSK phía phát phát huy linh động ưu điểm độ lợi phân tập độ lợi ghép Kết mô với sơ đồ đề xuất cho thấy hệ thống tăng hiệu BER hệ thống mà đảm bảo hiệu băng thông kênh truyền Mô hình hệ thống CE OFDM STSK MIMO 2.1 Mơ tả hệ thống MIMO kết hợp với mã hóa khơng gian thời gian STSK OFDM đường bao Trong báo này, nhóm tác giả xét hệ thống thu phát MIMO kênh sóng mm với M anten phát N anten thu với khối chức Hình Mã hóa STSK Nguồn tin log2(Q.L) Aq Xl IFFT Ánh xạ L-QAM/PSK Điều chế pha Chọn ma trận DM +CP HPA DAC M X Hình 1a Hệ thống phát Giải mã ST FFT Giải điều chế pha Cân STE -CP ADC N Hình 1b Hệ thống thu Hình Hệ thống thu phát CE OFDM STSK MIMO: hệ thống phát 1a, hệ thống thu 1b Hệ thống mã hóa STSK phía phát Hình 1a, thực xử lý tín hiệu miền khơng gian thời gian Trước tiên nguồn tín hiệu tạo thành khối có kích thước Nc  log Q  log L, chia nhóm: Nhóm sử dụng cho việc chọn ma trận phân tán DM (Dispersion Matrix) để mã hóa khơng gian thời gian, nhóm thứ thực điều chế L-QAM/PSK [12] Từ mã STSK tạo có số bit log2(Q), với Q ma trận DM kích thước M ×T, T độ dài ký hiệu (T ≤M) Các phần tử DM tính tốn cho tối ưu tham số M, T L, [12] Ma trận phân tán chọn phân bố lượng ký hiệu điều chế QAM/PSK từ L chòm Từ mã STSK đặc Đào Minh Hưng, Nguyễn Đỗ Dũng 48 trưng bốn tham số (M, N, T, Q), biểu diễn bằng: (1) X STSK  M T   Sl  A q   M T Trong đó, X l  Sl  A q , Sl ký hiệu phức thứ l chòm L-QAM, 0M T ma trận khơng, Aq ma trận phân tán thứ q có kích thước (M × T) chọn biểu diễn bằng:  a11  Aq    a1M  a1T    aMT  (2) Từ biểu thức (1) cho thấy, có thành phần phân tán q kích hoạt cho ký hiệu thứ l, cịn tín hiệu ký hiệu khác gán không Các ký hiệu cột Aq truyền M anten phát Để đảm bảo công suất phát anten khoảng thời gian ký hiệu, ma trận phân tán phải thỏa mãn: (3) tr (Aq AqH )  T Trong đó, tr (.) vết ma trận, (.)H phép toán chuyển vị Hermit Kết từ mã STSK tạo truyền hệ thống CE-OFDM trình bày mục 2.2 Truyền dẫn CE-OFDM STSK Hệ thống truyền dẫn CE-OFDM dựa vào điều chế pha phi tuyến phần thực tín hiệu OFDM Phần thực tín hiệu OFDM tạo cách áp dụng thuật toán IFFT cho vector ký hiệu STSK (1) lấy liên hợp phức đệm vector không, biểu diễn [9]: ˆ  0, X , X  X Nc , Z p X*N , c X*1   Y  H  V (7) Trong đó, H ma trận kênh sóng mm có kích thước NFN × NFM, V vector tạp âm Gauss trắng cộng AWGN có trị trung bình khơng phương sai  Bộ cân STE đề xuất bao gồm hai tầng biểu diễn Hình Y Lọc tuyến tính khơng gian thời gian F (5) Tín hiệu giá trị thực un đưa đến đầu vào khối điều chế pha để tạo tín hiệu CE-OFDM không gian thời gian: (6)   exp( j 2 hu n ) với 2πh số điều chế Chỉ số điều chế đóng vai trị quan trọng hiệu hiệu phổ hệ thống Do đó, tham số cần phải điều chỉnh cẩn thận, [9], số điều chế thấp dẫn đến tỷ số tín hiệu tập SNR tách thấp tăng 2πℎ vượt mức, hiệu ứng phi tuyến giải điều chế pha gây lỗi sàn khơng thể khắc phục Các đặc tính tín hiệu CE-OFDM là: - Giữ PAPR dB: tín hiệu truyền với khuếch đại cơng suất cao tần HPA bão hịa mà không bị méo dạng biên độ giãn phổ; - CE-OFDM thực tế thực đóng gói tín hiệu OFDM đa sóng mang thành tín hiệu sóng mang đơn để truyền, khai thác hiệu phân tập đa đường kênh phụ thuộc thời gian Cân Viterbi wopt Tối ưu tham số wopt hopt (4) Trong đó, {*} thuật tốn liên hợp phức thực từ mã STSK độ dài Nc, Zp vector đệm khơng (zero-padding vector) có độ dài Np Độ dài vector tín hiệu ký hiệu (4) NF = 2(Nc + 1) + Np Chuẩn hóa vector STSK thuật tốn IFFT chuẩn hóa, FN' , ta có: ˆ , n  0,1, 2, ,( N  1) un  FN' F X F Sau tín hiệu CE-OFDM STSK thêm tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix), chuyển đổi số tương tự DAC truyền khe thời gian T với tốc độ T/TF [baud], với TF độ dài ký hiệu CE-OFDM Trong viết này, để khai thác hiệu phân tập hệ thống, tác giả đề xuất sử dụng cân xử lý tín hiệu không gian thời gian STE (Space Time Equalization) máy thu thay cân miền tần số 2.3 Đề xuất máy thu tín hiệu CE-OFDM STSK với cân không gian thời gian STE Xét máy thu có N anten (Hình 1b), giả sử kênh ước lượng hoàn hảo thời gian kết hợp (coherence time) kênh lớn độ dài khối tín hiệu STSK, tức kênh không phụ thuộc thời gian với tín hiệu STSK xét Tín hiệu thu máy thu Y trước vào cân biểu diễn: hopt Chuỗi huấn luyện Hình Bộ cân khơng gian thời gian STE Trên Hình 2, tối ưu tham số sử dụng tín hiệu thu chuỗi huấn luyện để xác định hai tham số tối ưu wopt, hopt Đó vector trọng số tầng lọc tuyến tính khơng gian thời gian vector kênh hiệu dụng cấp cho tầng cân Viterbi tương ứng Tầng lọc tuyến tính khơng gian thời gian sử dụng wopt để triệt nhiễu CCI cực đại hóa tỷ số tín hiệu tạp âm cộng nhiễu Sau tín hiệu tầng cân Viterbi đơn kênh khống chế nhiễu ISI khôi phục ký hiệu liệu wopt hopt hai tham số quan trọng cần tối ưu nhằm đảm bảo STE hoạt động hiệu Các tính tốn tối ưu hai tham số thực tối ưu tham số chung trình bày [13] Cụ thể là: wTopt  hTopt SY H  YY H  1 (8) * hopt  arg max h T hH S S h * T h H S PYH * S h (9) Trong đó, (.)T thuật tốn chuyển vị ma trận; (.)H thuật tốn Hermit; Y tín hiệu thu đưa đến đầu vào cân STE tương ứng với tín hiệu huấn luyện S ; PYH  I  Y H  YY H  Y 1 Theo đó, đầu cân STE,  , xác ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 18, NO 5.1, 2020 định [13]:   hopt y stf với, (10) y stf vector tín hiệu đầu tầng lọc tuyến tính khơng gian thời gian, xác định bằng: y stf  Wopt Y (11) T với, Wopt   wTopt ,1 , wTopt ,2 , , wTopt , N    Ước lượng kênh truyền xét hoàn hảo, chuỗi huấn luyện biết Tỷ số tín hiệu đầu tạp âm cộng nhiễu SINR đạt cực đại xác định [13]: HT S SINR  Trong đó, (.) F (12) F T F chuẩn Frobenius, H ma trận kênh sóng mm miền tần số, có kích thước NFN × NFM Khối tín hiệu STSK sau cân  đưa đến giải điều chế pha Việc giải điều chế pha dựa vào tính tốn góc arctangent [14], kết là: un   , n  0,1, 2, ,( N F  1) (13) Thành phần tạp âm tín hiệu thu sử dụng FFT để chuyển sang miền tần số có Nc ký hiệu STSK giải mã [14]: X  FNF un Ψ  XNc  M T (14) Các tính tốn [14], áp dụng xếp chồng vector (14) có: ψ  vec  ψ   MT 1 Sau thực giải mã STSK Hình 1b, cách ước lượng số DM q ký hiệu L-QAM/PSK, Sl tính bằng:   ˆ  qˆ, Sˆl   q ,l (15) q ,l ˆ chuẩn hóa từ tín hiệu đầu FFT với,  xác định bằng: Từ biểu thức (20) thấy rằng, hiệu phổ giảm tăng tham số T Trong thảo luận [14], T hệ số phân tập thời gian cho phép cải thiện hiệu hệ thống, tham số Qquyết định tỷ số BER thơng qua tối ưu hóa xác suất lỗi cặp PEP (Pairwise Error Probability) Như vậy, tăng T, phân tập thời gian tăng hiệu tăng phải trả giá thông lượng giảm, tăng Q, thơng lượng tăng, hiệu BER giảm [12] Vì vậy, Q giữ mức vừa phải để không làm giảm hiệu đường truyền Khó khăn giải báo nhờ sử dụng cân STE, với mong đợi hiệu hệ thống cải thiện mà khơng cần tăng T, điều minh họa mục W YH S T 49 ψ, ˆ  AH ψ  T (16)  q ,l  A (17) q ,l Trong đó, A tập DM biểu diễn (18) q ,l Các kết mô 3.1 Tham số mô Hiệu hệ thống truyền dẫn OFDM STSK nghiên cứu đánh giá qua mô phần mềm Matlab Giá trị tham số mơ tương tự [14], trình bày Bảng Bảng Các tham số mô Tham số Giá trị Mức điều chế QAM 4-QAM Độ rộng băng 500MHz Độ dài OFDM, NF 1024 Độ dài khối tín hiệu vào, Nc 63 CP 150 Kênh fading LOS Thuật toán tách máy thu cân FDE STE IBO MMSE 15dB Cấu hình MIMO 2×2 4×4 Kênh truyền đa đường cluster Rice dải tần 73GHz, đáp ứng xung sử dụng theo [15], [16] Hệ số Rice chọn 10 dB tương ứng với tiêu chí [16] Để đánh giá hiệu BER hệ thống sử dụng cân không gian thời gian STE đề xuất nhóm tác giả thực so sánh với cân miền tần số FDE (Frequency-Domain Equalizer) [17] Chú ý rằng, cân STE sử dụng thuật toán MMSE (Minimum Mean Squared Error) nên độ phức tạp hệ thống đảm bảo mức thấp ký hiệu thứ l từ tập tín hiệu L-QAM/PSK vị trí thứ q vector cho (19), (18) A  vec( A1 ), vec( A2 ), , vec( AQ )   q ,l    0, , 0, Sl , 0, ,   Q q   q 1  (19) Hiệu phổ CE-OFDM STSK với OFDM STSK xác định [14]:  log ( L)  log (Q) [b / s / Hz] T (20) Hình Đường cong đặc tính OBO-IBO khuếch đại phi tuyến HPA [18] Bộ khuếch đại phi tuyến HPA sử dụng có đường cong đặc tính OBO-IBO cho tế bào nhỏ Hình 3, giá trị tuyệt đối cơng suất đầu vào backoff ∣IBO∣ = 15dB, tương ứng đầu backoff ∣OBO∣ 9,5 dB Đào Minh Hưng, Nguyễn Đỗ Dũng 50 MIMO2x2,T=2,Q=4 10 -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 OFDM STSK 2224 IBO=15dB OFDM STSK 2224 ideal HPA CE OFDM STSK 2224 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK 2224 2pih=1.5 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 2224 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 2224 2pih=1.5 IBO=0dB -5 10 -6 10 10 15 Eb/No+OBO (dB) 20 25 30 Hình Hiệu BER STSK (2,2,2,4) CE-OFDM so với OFDM với khuếch đại phi tuyến HPA sử dụng ∣IBO∣=15dB kênh mmLOS 10 -1 10 -2 BER 10 -3 10 -4 10 OFDM STSK 4424 IBO=15dB OFDM STSK 4424 ideal HPA CE OFDM STSK 4424 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK 4424 2pih=1.5 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 4424 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 4424 2pih=1.5 IBO=0dB -5 10 -6 10 10 15 Eb/No+OBO (dB) 20 25 30 Hình Hiệu BER STSK (4,4,2,4) CE-OFDM so với OFDM với khuếch đại phi tuyến HPA sử dụng ∣IBO∣=15dB kênh mmLOS MIMO4x4,T=4,Q=4 10 -1 10 -2 10 BER 3.2 Các kết mơ thảo luận Hình kết so sánh hai hệ thống (2, 2, 2, 4) CE-OFDM STSK OFDM STSK với điều chế 4-QAM với khuếch đại khơng lý tưởng có thơng số biểu diễn đường cong đặc tính Hình Bởi CE-OFDM STSK có đường bao khơng đổi nên khơng cần giá trị IBO (IBO=0dB) để hoạt động Đối với tín hiệu STSK-OFDM, sử dụng |IBO|=15dB tín hiệu bị méo nghiêm trọng tính khơng tuyến tính khuếch đại HPA Sự thăng giáng đường bao tín hiệu OFDM cao nên bị cắt xén truyền qua khuếch đại phi tuyến làm hiệu hệ thống giảm đáng kể Ngay sử dụng |IBO|=15dB chưa điều khiển khuếch đại công suất vào vùng tuyến tính nên hiệu BER đạt thấp Từ Hình 4, thấy rằng, điều kiện, hệ thống CE-OFDM STSK MIMO với cấu Hình × có hiệu BER tốt so với OFDM STSK MIMO truyền kênh sóng mm LOS, đặc biệt với số điều chế 2πh = 1,5 Các hệ thống CE-OFDM STSK MIMO đạt hiệu suất tốt với số điều chế 2πℎ ≥ 1,5, điều giải thích tín hiệu CE-OFDM STSK tương quan kênh fading với giá trị 2πℎ lớn Một ý quan trọng khác hiệu hệ thống CE-OFDM STSK MIMO tăng sử dụng cân không gian thời gian STE so với sử dụng cân miền tần số FDE khoảng 2dB BER = 10-3 Tầng cân Viterbi sử dụng chuẩn đa kênh [19] để tính ma trận đệ quy dựa vào khoảng cách Euclid chuỗi ký hiệu Hình 5, với cấu hình (4, 4, 2, 4), quan sát thấy, hiệu hệ thống tăng nhờ vào độ lợi phân tập tăng Độ lợi phân tập tăng chủ yếu phân tập thời gian anten MIMO thu phát phân tập T = giữ khơng đổi Hình Với số anten thu phát MIMO giữ không đổi Hình tăng phân tập thời gian từ T = lên T = 4, mong đợi hiệu cải thiện nhờ phân tập không gian thời gian Hình Như thảo luận Mục 2.3, hệ số phân tập thời gian T tăng dẫn đến giảm thơng lượng hệ thống Để giải khó khăn này, tăng hiệu hệ thống mà không làm giảm thông lượng cách sử dụng cân không gian thời gian STE đề xuất, kết mô chứng minh điều kết Hình 4, 5, MIMO4x4, T=2,Q=4 -3 10 -4 10 -5 10 OFDM STSK 4444 IBO=15dB CE OFDM STSK 4444 2pih=1.5 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 4444 2pih=1.5 IBO=0dB -6 10 10 15 Eb/No+OBO (dB) 20 25 30 Hình Hiệu BER STSK (4,4,4,4) CE-OFDM so với OFDM với khuếch đại phi tuyến HPA sử dụng ∣IBO∣=15dB kênh mmLOS Kết luận Trong báo này, nhóm tác giả nghiên cứu hệ thống CE-OFDM STSK cho hệ thống MIMO mmWave Kết nghiên cứu khai thác ưu điểm CE-OFDM STSK cách hiệu phân tập không gian, tần số thời gian, mang lại hiệu suất tăng đáng kể so với OFDM STSK với khuếch đại công suất cao tần phi tuyến Chúng đề xuất máy thu sử dụng cân không gian thời gian STE để hiệu hệ thống mà đảm bảo tăng dung lượng hiệu phổ Bởi vì, hiệu cải thiện với máy thu có độ phức tạp thấp nên nhóm tác giả tin việc triển khai thực tế sử dụng thử nghiệm phần cứng khả thi Trong tương lai nghiên cứu liên quan đến việc áp dụng kỹ thuật giảm phổ tần chiếm dụng phía, ví dụ, tiền mã hóa phổ Một vấn đề khác chưa trình bày báo tác động nhiễu pha hiệu hệ thống CE-OFDM STSK MIMO, điều nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H Bolcskei, “MIMO-OFDM wireless systems: basics, perspectives, andchallenges”, IEEE Wireless Communications, Aug2006, vol 13, pp 31–37 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 18, NO 5.1, 2020 [2] P Wolniansky, G Foschini, G Golden, and R Valenzuela, “VBLAST:an architecture for realizing very high data rates over the rich-scatteringwireless channel”, in Signals, Systems, and Electronics, 1998, pp 295–300 [3] M I Kadir, S Sugiura, S Chen, and L Hanzo, “Unified MIMOMulticarrier Designs: A Space-Time Shift Keying Approach”, IEEE Communications Surveys Tutorials, 2015, vol 17, pp 550–579 [4] R Mesleh, H Haas, S Sinanovic, C W Ahn, and S Yun, “SpatialModulation”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 57, pp 2228–2241, July 2008 [5] C Sacchi, T F Rahman, I A Hemadeh, and M El-Hajjar, “MillimeterWave Transmission for Small-Cell Backhaul in Dense Urban Environment: a Solution Based on MIMO-OFDM and Space-Time Shift Keying (STSK)”, IEEE Access, vol 5, pp 4000–4017, 2017 [6] R Gerzaguet, N Bartzoudis, L G Baltar, V Berg, J.-B Dore, D Ktenas, O Font-Bach, X Mestre, M Payaro, M Fă arber, andK Roth, “The 5G candidate waveform race: a comparison of complexityand performance”, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol 2017, p 13, Jan 2017 [7] M R Akdeniz, Y Liu, M K Samimi, S Sun, S Rangan, T S Rappaport, and E Erkip, “Millimeter Wave Channel Modeling andCellular Capacity Evaluation”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 32, pp 1164–1179, June 2014 [8] F H Raab, P Asbeck, S Cripps, P B Kenington, Z B Popovic, N Pothecary, J F Sevic, and N O Sokal, “Power amplifiers andtransmitters for RF and microwave”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 50, pp 814–826, Mar 2002 [9] S C Thompson, A U Ahmed, J G Proakis, J R Zeidler, and M J Geile, “Constant Envelope OFDM”, IEEE Transactions on Communications, vol 56, pp 1300–1312, August 2008 [10] C Sacchi, E Cianca, T Rossi, and M D Sanctis, “Analysis andassessment of the effects of phase noise in constant envelope multicarrier satellite transmissions”, IEEE International Conference on Communications (ICC), pp 922–927, June 2015 51 [11] T Rahman, C Sacchi, S Morosi, A Mazzinghi, and N Bartolomei, “Constant-Envelope Multicarrier Waveforms for Millimeter Wave 5GApplications”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, December2017 [12] S Sugiura, S Chen, and L Hanzo, “Coherent and differential spacetime shift keying: A dispersion matrix approach”, IEEE Transactions on Communications, vol 58, pp 3219–3230, November 2010 [13] Jen-Wei Liang, Jiunn Tsair Chen, and A J Paulraj, “Two-stage hybrid approach for CCI/ISI reduction with space time processing”, IEEE Communications Letters, vol 1, pp 163-265, November 1997 [14] Talha Faizur Rahman, Claudio Sacchi, “Space-Time Shift Keying and Constant-Envelope OFDM: A New Solution for Future MmWave MIMO Multicarrier Systems”, European Conference on Networks and Communications (EuCNC), 23-August 2018 [15] M K Samimi and T S Rappaport, “3-D statistical channel model formillimeter-wave outdoor mobile broadband communications”, IEEE International Conference on Communications (ICC), pp 2430–2436, June 2015 [16] M K Samimi and T S Rappaport, “Local multipath model parameters for generating 5G millimeterwave 3GPP-like channel impulse response”, 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), pp 1–5, April 2016 [17] Yuan Yang, Tero Ihalainen, Mika Rinne, and Markku Renfors, “Frequency-Domain Equalization in Single-Carrier Transmission: Filter BankApproach”, Journal on Advances in Signal Processing, Volume 2007, Article ID 10438, 16 pages doi:10.1155/2007/10438 [18] A Brown, K Brown, J Chen, D Gritters, K C Hwang, E Ko, N Kolias, S O’Connor, and M Sotelo, “High power, high efficiency E-band GaN amplifier MMICs”, IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems (ICWITS), pp 1–4, Nov 2012 [19] Gregory E Bottomley and Karim Jamal, “Adaptive arrays and MLSE equalization”, In 45th IEEE Vehicular Technology Conference, volume 1, pages 50-54, 1995 (BBT nhận bài: 02/3/2020, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/5/2020) ... Hình 1a Hệ thống phát Giải mã ST FFT Giải điều chế pha Cân STE -CP ADC N Hình 1b Hệ thống thu Hình Hệ thống thu phát CE OFDM STSK MIMO: hệ thống phát 1a, hệ thống thu 1b Hệ thống mã hóa STSK phía... thống tăng hiệu BER hệ thống mà đảm bảo hiệu băng thông kênh truyền Mơ hình hệ thống CE OFDM STSK MIMO 2.1 Mô tả hệ thống MIMO kết hợp với mã hóa khơng gian thời gian STSK OFDM đường bao Trong... -3 10 -4 10 OFDM STSK 4424 IBO=15dB OFDM STSK 4424 ideal HPA CE OFDM STSK 4424 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK 4424 2pih=1.5 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 4424 2pih=1 IBO=0dB CE OFDM STSK STE 4424 2pih=1.5