MIMO III CÂN BẰNG PHÂN TẬP –GHÉP KÊNH VÀ CÁC MÃ KHÔNG GIAN –THỜI GIAN VẠN NĂNG
MIMO III: CÂN BẰNG PHÂN TẬP – GHÉP KÊNH VÀ CÁC MÃ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN VẠN NĂNG NHÓM 8 – CHƯƠNG 9 Văn Quang Dũng Trần Việt Hằng Nguyễn Nam Phong Nguyễn Hồng Sơn NHÓM 8 – CHƯƠNG 9 HÀ NỘI 9/2014 1 Nội dung • Chương 1: Giới thiệu chung 1. Giới thiệu về các hệ thống truyền thông không dây 2. Tóm tắt nội dung các chương của cuốn sách • Chương 2: Cân bằng phân tập – ghép kênh và các mã không gian – thời gian vạn năng 2 không gian – thời gian vạn năng 1. Xác định cân bằng ghép kênh phân tập cho trường hợp kênh fading chậm có SNR cao 2. Xây dựng các mã vạn năng cho trường hợp các kênh MIMO và MISO Chương 1 – Giới thiệu chung Giới thiệu sự hình thành, phát triển của truyền thông không dây: 1897: hệ thống điện báo đầu tiên của Marconi Sự phát triển mạng di động: AMPS GSM, TDMA (IS- 36 ), CDMA (IS - 95 ) 3 G 4 G ; 3 36 ), CDMA (IS - 95 ) 3 G 4 G ; Hệ thống các mạng WLAN, Bluetooth, Adhoc… Chương 1 – Giới thiệu chung Nội dung các chương, chủ yếu liên quan đến kênh fading không dây: Chương 2: mô hình kênh fading đa đường Chương 3: truyền thông qua kênh fading điểm – điểm Chương 4: đa truy nhập và quản lý nhiễu Chương 5 : dung lượng kênh không dây 4 Chương 5 : dung lượng kênh không dây Chương 6: dung lượng đa người dùng và truyền thông cơ hội Chương 7: MIMO I: Mô hình kênh và ghép kênh không gian Chương 8: MIMO II: Dung lượng và kiến trúc ghép kênh Chương 9: MIMO III: Cân bằng phân tập – ghép kênh và các mã không gian – thời gian vạn năng Chương 10: MIMO IV: Truyền thông đa người dùng Chương 2 – Cân bằng phân tập – ghép kênh Công thức Kênh Rayleigh vô hướng Kênh Rayleigh song song Kênh Rayleigh MISO Kênh 2 x 2 Rayleigh MIMO 5 Kênh 2 x 2 Rayleigh MIMO Kênh i.i.d Rayleigh MIMO tổng quát Công thức Độ lợi phân tập : Hiệu năng quan trọng d * được đo cho kênh fading chậm ( tốc độ cố định R, tốc độ cao nhất phụ thuộc vào sự rõ ràng kênh truyền, xác suất dừng) Ví dụ kênh i.i.d MIMO Xác suất dừng Xác suất dừng Độ lợi ghép kênh Các kênh MIMO fading nhanh : dung lượng ghép kênh ( Mã hóa trên rất nhiều sự rõ ràng kênh, dung lượng trung bình) Với kênh i.i.d MIMO Để đạt độ lợi phân tập tối đa, tốc độ phải được cố định 6 Công thức (tiếp) Cân bằng ghép kênh phân tập Độ lợi phân tập d * (r) là đạt được với độ lợi ghép kênh nếu và log R r SNR = *( ) (R) SNR d r out P − ≈ * logp (rlogSNR) lim ( ) out d r = − Đường cong d*(r) là cân bằng phân tập ghép kênh của kênh fading chậm Với mô hình mã hóa không gian thời gian : thay thế P out bằng P e (và bằng d * ) 7 * logp (rlogSNR) lim ( ) out SNR d r logSNR →∞ = − Kênh Rayleigh vô hướng - PAM Mô hình kênh vô hướng Nhiễu Gauss trắng cộng Hệ số fading Công suất hạn chế SNR Xác suất lỗi PAM Với SNR cao Ta giả sử khoảng cách các chòm từ đến Khoảng cách nhỏ nhất đạt được Với ta có Cân bằng phân tập ghép kênh cho PAM 8 Kênh Rayleigh vô hướng - QAM QAM : có 2 R/2 điểm chòm sao trên mỗi kích thước thực ảo Khoảng cách nhỏ nhất và xác suất lỗi QAM ( SNR cao) Cân bằng phân tập ghép kênh cho QAM Cân bằng phân tập ghép kênh cho QAM 9 Kênh Rayleigh vô hướng – PAM&QAM Phân tích trường hợp 1: d max :=d(0) Độ lợi phân tập cổ điển cho một mô hình có tốc độ cố định Mô tả xác suất lỗi R = const có thể được giảm với SNR cho một tốc độ cố định Ví dụ : Tăng SNR 6dB với tốc độ cố định →p e giảm do tăng D min cùng với tăng SNR 10 [...]... Kênh song song Kênh MISO Kênh MIMO 21 Mô hình mã vạn năng xấp xỉ Xác suất dừng và các mã vạn năng Đạt được xác suất nhỏ tùy ý khi kênh không mất liên lạc (chiều dài mã khối lớn, mã mạnh) Hiện tượng fading sâu ảnh hưởng tới hiệu suất lỗi ở SNR cao; nó phụ thuộc vào mô hình và kênh truyền Các mô hình mã vạn năng xấp xỉ Hiện tượng fading sâu chỉ phụ thuộc vào kênh, không phụ thuộc vào mô hình Mã xấp xỉ là... suất cân bằng bằng bộ giải mã ML chung cho các dòng bit 34 Kênh MIMO – Ví dụ Ví dụ kênh fading MIMO 2 x 2 n = 2 với các từ mã con và Truyền phát phân chia theo anten và thời gian D-BLAST với bộ giải mã ML là DMT tối ưu với 0 ≤ r ≤ 1 35 Kênh MIMO – Tiêu chí thiết kế mã Tương tự như trường hợp kênh MISO: kênh trong trường hợp xấu nhất tự sắp xếp theo hướng yếu nhất được cho bởi ma trận sai lệch từ mã đôi... một kênh MISO thành 1 kênh vô hướng với điểm dừng giống Alamouti với QAM là tối ưu cân bằng phân tập ghép kênh Mã hóa lặp : truyền cùng 1 ký tự qua 2 anten vào cùng 1 thời điểm, đường cân bằng phân tập ghép kênh với nt =2 là 16 Kênh Rayleigh MIMO 2x2 So sánh 4 trường hợp : Mã hóa lặp, Alamouti, V-BLAST Chương trình chuyển các kênh thành kênh vô hướng ⟶ DFT có thể thu được trong các trường hợp vô hướng... thuộc vào SNR Giả sử DMT cho kênh MIMO với i.i.d Rayleigh fading có thể được chia thành các đoạn với các điểm nối 19 Kênh i.i.d Rayleigh MIMO tổng quát 20 Bên trái: đường DMT tối ưu cho kênh MIMO với i.i.d Rayleigh fading Bên phải: thêm 1 anten phát 1 anten nhận dịch toàn bộ đường DMT thêm 1 Chương 2 – Thiết kế mã tối ưu đường cân bằng phân tập – ghép kênh Mô hình mã vạn năng xấp xỉ Kênh vô hướng Kênh. .. : cho Rayleigh fading và số nhỏ QAM không mã hóa là tối ưu DMT 12 Kênh Rayleigh song song • Mô hình kênh : các kênh song song • Nhiễu cộng • Công suất giới hạn SNR trên từng kênh phụ • Độ lợi phân tập tối đa • Giả sử tốc độ mục tiêu cho từng kênh phụ • Xác suất dừng • Xác suất dừng xảy ra nếu từng kênh phụ là dừng • Kênh bằng phân tập ghép kênh tối ưu 13 Kênh Rayleigh song song Mã hóa lặp lại : truyền... trận từ mã bị xáo trộn XA , XB Trường hợp xấu nhất trên tất cả các kênh không mất liên lạc với giá trị riêng nhỏ nhất λ1 của sai lệch từ mã chuẩn hóa: Nó tự sắp xếp theo đường “chất lượng kém nhất” của ma trận sai lệch từ mã Tiêu chí thiết kế: Tối đa hóa giá trị riêng nhỏ nhất của khoảng cách từ mã Đảm bảo rằng tất cả các cặp từ mã thỏa mãn 32 Kênh MIMO – Mã hóa mô hình D-BLAST Mô hình kênh MIMO fading... cho từng kênh song song Mã hóa lặp lại đạt được phân tập toàn bộ Tốc độ được giảm bởi nhân tố 1/ So sánh 14 Kênh Rayleigh MISO Mô hình kênh : nt anten truyền Với: Nhiễu cộng Công suất truyền toàn bộ giới hạn SNR Độ lợi phân tập tối đa Giả sử tốc độ mục tiêu Xác suất dừng là một giá trị bất kì do đó với bậc tự do 2nt và Cân bằng phân tập ghép kênh tối ưu 15 Kênh Rayleigh MISO Alamouti chuyển một kênh MISO... pháp: chuyển kênh MISO thành kênh song song Sử dụng một anten tại 1 thời điểm với 1 mã song song tối ưu Thu được độ lợi cao nhất nt cho kênh i.i.d Rayleigh fading Đạt được tối ưu cân bằng cho các kênh với hệ số i.i.d fading nhưng không tổng quát 30 Kênh MISO So sánh 2 mô hình: Alamouti và hoán vị trong trường hợp QAM không mã Độ lợi hơn kém nhau 1.5 dB 31 Kênh MISO – Tiêu chí thiết kế mã Xác suất lỗi... dừng của kênh 23 log ( 1 + |h|2SNR ) . 7: MIMO I: Mô hình kênh và ghép kênh không gian Chương 8: MIMO II: Dung lượng và kiến trúc ghép kênh Chương 9: MIMO III: Cân bằng phân tập – ghép kênh và các mã không gian – thời gian vạn năng . về các hệ thống truyền thông không dây 2. Tóm tắt nội dung các chương của cuốn sách • Chương 2: Cân bằng phân tập – ghép kênh và các mã không gian – thời gian vạn năng 2 không gian – thời gian. năng 2 không gian – thời gian vạn năng 1. Xác định cân bằng ghép kênh phân tập cho trường hợp kênh fading chậm có SNR cao 2. Xây dựng các mã vạn năng cho trường hợp các kênh MIMO và MISO Chương 1 – Giới