THUẬT TOÁN DBLAST TRONG CÔNG NGHỆ MIMO

1 I HC QUC GIA H NI Li cam oan TRNG I HC CễNG NGH Tụi xin cam oan : Lun Thut toỏn D-BLAST cụng ngh NG TIN NGUYấN MiMo l cụng trỡnh tỡm hiu v nghiờn cu riờng ca tụi, ngoi cỏc on trớch dn v ti liu tham kho lun thỡ cỏc kin thc m tụi nghiờn cu, tỡm hiu c l ca riờng tụi Tụi xin chõn thnh cỏm n cỏc thy cụ trng i hc THUT TON D-BLAST TRONG CễNG NGH MIMO cụng ngh ó truyn t cho tụi kin thc sut nhng nm hc trng Tụi xin chõn thnh cm n TS Trinh Anh V ó tn tỡnh hng dn tụi hon thnh tt lun ny Ngnh : Cụng ngh in t Vin thụng Chuyờn ngnh: K thut in t Mó s: 60 52 70 H Ni, ngy 22 thỏng 12 nm 2009 Tỏc gi lun LUN VN THC S ng Tin Nguyờn NGI HNG DN KHOA HC : TS TRNH ANH V H Ni - 2009 BNG CC T VIT TT AWGN Additive white Gaussian noise CCI Co-channel interference D-BLAST Diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time i.i.d Independent and identically distributed (c lp v phõn phi nh nhau) ISDN Integrated services digital network ISI Intersymbol interference LAN Local area network LOS Line of sight MIMO Multiple output multiple input MISO Multiple input single output ML Maximum likehood MMSE Minimum mean square error NLOS Non line of sight PAM Pulse amplitude modulation PCS Personal communication system QAM Quadrature amplitude modulation SDMA Space division multiple access SIC Successive interference cancellation SIMO Single input multiple output SISO Single input single output SNR Signal to noise ratio SVD Singular value decomposition V-BLAST Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time WLAN Wireless local area network EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution GPRS General Packet Radio Service Li m u Hin nay, Vit Nam ang n lc m rng v phỏt trin ton din cú th ng hng ng nhng rng Chõu Vi u th hn 85 triu dõn giỳp Vit Nam cú li th v phỏt trin lnh vc vin thụng, mt nhng ngnh mi 1.1 Nhu cu truyn dn tc cao nhn úng gúp ỏng k cho GDP ca nc nh õy cng l nguyờn nhõn thỳc y ngnh truyn thụng v thụng tin ca nc ta ngy mt phỏt trin, a dng hn vi cỏc dch v mi phc v tt hn nhu cu i sng ca ngi dõn Cụng ngh 3G l cao hiu qu s dng ph tn v nõng cao tc truyn d liu Th h u tiờn 1G l kt ni analog ch ỏp ng truyn ting núi 3KHz Nhng nm 1990 th h 2G mt nhng dch v kt ni tc cao nht hin ó xut hin Vit Nam nh mt nhu cu tt yu Vi tc 2MBps nh, 384kbps downlink cho h thng truyn hỡnh di ng, internet di ng, nhng iu ú l cha vi xó hi cụng ngh phỏt trin v thay i hng ngy Tip ni s phỏt trin ca cụng ngh khụng dõy, th h 4G ang c nghiờn cu v dn i vo i sng ngi dõn vi tc lờn ti 1Gbps Mt cỏc k thut ct lừi cho cụng ngh 4G l k thut truyn tin s dng cụng ngh mi cụng ngh Mimo Cụng ngh Mimo l nũng ct truyn tin a tc lờn cao, mt cỏc kin trỳc c s dng Mimo l k thut D-Blast hp kờnh khụng gian - thi gian Chỳng ta s nghiờn cu kin trỳc ny thy c s ti u tc , tin cy truyn tin v hiu qu s dng ph tn ci thin cht lng truyn thụng a chun cho th h thụng tin di ng 4G Bn lun Thut toỏn D-BLAST cụng ngh Mimo gm 04 chng, Chng I, II a cỏi nhỡn tng quan cho ngi c v Lch s phỏt trin cỏc h thng thụng tin di ng l lch s tng bc nõng i vi kt ni k thut s chõu õu h thng c gii thiu l kt ni ton cu GSM hot ng bng tn 900 v 1800MHz vi tc truyn d liu kờnh n 22.8kbit/s GSM hot ng vi nn tng c bn l h thng ụ BTS v MS M h thng 2G dựng TDMA/136 K thut TDMA (truy nhp phõn chia theo thi gian) tc cao hot ng theo 02 hng phỏt trin HSCSD v GPRS cung cp data lờn ti 384kbit/s v 172.2 kbit/s Tc truyn dn c tng cao th h truyn dn khụng dõy tip theo 3G l 384kbit/s cho di ng v 2Mbit/s cho ng im Cỏc k thut ti u 3G c bit n nh l UMTS, WCDMA hoc l UTRA FDD/TDD UMTS l gii phỏp la chn cho mng GSM, hin ti 850 triu ngi dựng ti 195 quc gia ang s dng chim 70 % th trng kt ni khụng dõy UMTS thng dựng di bng tn 2GHz Trong th h 3G s dng cụng ngh EDGE, cú hng phỏt trin tc ca GSM i lờn th h EDGE ú l ECSD v EGPRS Tc ti a ca k thut cụng ngh Mimo, chng III s phõn tớch sõu v kin trỳc D-Blast Mimo, v chng cui chỳng ta ỏnh giỏ hot ng ca kin trỳc D-Blast Bn lun ỏn s giỳp ớch cho quỏ trỡnh nghiờn cu v sau, nú l mt phn ton EDGE l 473.6kbit/s EDGE c gii thiu bi M, tớch hp vi h thng cnh cụng ngh Mimo m ngi c cú th hiu sõu v kin trỳc vi cỏc ỏnh giỏ HIPERLAN l chun c bit cú tc lờn ti 54Mbit/s thụng thng l 24Mbit/s cho cỏc ng dng, tc truyn dn cao yờu cu bng thụng rng, tn s hiu qu v hn ch ca thut toỏn Hi vng bn lun ỏn s mng li nhng kin thc b ớch, nhng thụng tin thit thc cho nhng ngi nghiờn cu v th h thụng tin di ng 4G v tip theo Tụi xin chõn thnh cm n s giỳp ca nhiu tỏc gi ó cung cp sỏch tham kho hon thnh bn lun ỏn Tụi xin chõn thnh cm n thy giỏo hng TDMA/136, 200 nh cung cp ó s dng cụng ngh ny, nú c gi l th h 2.5G vi cụng ngh GPRS tng bc ti UMTS súng mang bng tn cao hn, UHF HIPERLAN c s dng on bng tn cao t 5GHz n 17GHz, cho h thng a phng tin qung bỏ l di bng 40 GHz v 60 GHz Cỏc ng dng v dch v cho cỏc h thng l khỏc Chun 802.11 ỏp dng dn ca tụi, v nhng ngi thõn gia ỡnh ó ng viờn tụi hon thnh bn cho mỏy tớnh vi tc truyn lờn ti hng trm Mbit/s gp 250 ln so vi tc lun ỏn ny gii hn ca UMTS Chng I t Th h 4G cung cp tc data cao hn th h 3G 4G c gii thiu Nht bn vo nm 2006, phn chớnh l nn tng ca 3G nhng tc data tng lờn Theo NTT-DoCoMo tc data ca h thng 4G lờn ti 20 40 Mbit/s cao hn khong 20 ln so vi tc dich v internet ADSL WLan cú tc truyn data cao hn 2Mbit H thng Bluetooth thng hot ng bng tn 2GHz cung cp tc nh hn 1Mbit WLan thng dựng chun 802.11b IEEE tc 11Mbit vi khong cỏch 50 n 100m cũn IEEE 802.11a bng tn 5GHz cú tc lờn ti 54Mbit/s Ti Chõu õu s dng chun IEEE 802.11a l HIPERLAN pha s dng bng tn 6GHz Tt c i n h thng 4G u dựng cụng ngh MiMo vi tc lờn ti 1Gbps m rng bng thụng ch khong 100Mhz ( di bng tn 3.4GHz - 3.6GHz) S phỏt trin núi trờn u nhm n vic ỏp ng yờu cu khụng ngng tng ca ngi dựng u cui trờn thit b cm tay vi nhiu loi hỡnh dch v phong phỳ mt xó hi thụng tin hin i Trong ú k thut MIMO ó gúp phn khụng nh vic to h thng 4G Hỡnh di õy túm tt li bc tranh cụng ngh s dng cỏc th h kt ni truyn thụng khụng dõy Hỡnh Cụng ngh s dng cho cỏc th h truyn thụng khụng dõy [8] Nhu cu v dung lng h thng thụng tin khụng dõy nh thụng tin di ng, internet hay cỏc dch v a phng tin ang tng lờn mt cỏch nhanh chúng trờn ton th gii Tuy nhiờn ph tn s li hn hp vy mun tng dung lng ta phi tng hiu qu s dng ph tn Nhng tin b mó hoỏ, nh mó kim tra chn l, mó turbo, ó cú th tip cn n gii hn dung lng Shannon, vi h thng 1-1 ngten nhiờn cú th t hiu qu nhiu hn na vi h thng nhiu ngten thu v nhiu ngten phỏt Hiu qu ph tn l c im ni bt ca h thng Mimo, vi mụi trng truyn dn l lý tng thỡ dung lng kờnh truyn tng gn nh tuyn tớnh vi s lng ngten 1.2 Vi nột lch s H thng MIMO l h thng s dng nhiu ngten thu v nhiu ngten phỏt (Multiple Input Multiple Output) truyn thụng tin Ngoi kh nng to bỳp truyn thng (beamforming) h thng MIMO phỏt trin mi tn dng s phõn (khụng gian, thi gian, mó hoỏ) v kh nng hp cỏc lung tớn hiu nhm nõng cao cht lng tớn hiu v tc d liu cng nh tm truyn xa hn Cú th núi Jack Winters (Bell Laboatries, 1984 ) l ngi i tiờn phong lnh vc MIMO mi mụ t cỏch thc gi data t nhiu ngi dựng trờn 10 cựng kờnh tn s hoc thi gian s dng nhiu ngten ti c mỏy phỏt ln mỏy Nm 2006 mt s cụng ty Broadcom, Intel a gii phỏp MIMO-OFDM thu lnh vc phỏt thanh, nhiờn di õy s im li cỏc s kin lch s phỏt trin h thng MIMO theo gúc k thut: Phõn theo khụng gian theo chun IEEE 802.11n Cng thi gian ny Beceem Commmnications, Samsung, cng phỏt trin MIMO-OFDMA da trờn (Spatial diversity) v ghộp kờnh theo khụng gian (Spatial multiplexing) IEEE 802 16e l WIMAX Tt c i n h thng 4G u dựng cụng ngh MIMO 1.2.1 Phõn khụng gian Nm 1991: K thut phõn tr (Delay diversity) c phỏt minh bi Wittneben Nm 1998: K thut phõn dựng Mó hoỏ khụng gian - thi gian mt cỏo STTC (Space Time Trellis Coding) ca Tarokh Nm 1999: Alamouti gii thiu k thut Mó hoỏ khụng gian - thi gian STBC (Space Time Block Coding) 1.2.2 Ghộp kờnh theo khụng gian Nm 1994: Paulraj & Kailath gii thiu k thut phõn chia mt t (Ground breaking results), nờu khỏi nim hp kờnh khụng gian vi Patent US nm 1994 nhn mnh vic ng dng cho phỏt qung bỏ Nm 1996: Foschini gii thiu k thut BLAST (Bell Labs Layered Space Time) nhm hp cỏc lung truyn song song trờn kờnh fading nhanh Cng thi gian ny Foschini cựng Greg Raleigh ó to phng phỏp mi v cụng ngh cú kh nng tng hiu sut thc v s dng kờnh, c cp bn quyn phỏt minh Mimo OFDM cho i chipset Pre _N cú tờn l True MiMo Nm 1997: Winter trỡnh by cỏc kt qu nghiờn cu tng quỏt u tiờn v dung nng kờnh MIMO, chng minh tim nng phỏt trin ca nú Nm 1998 sn phm mu hp kờnh u tiờn cho tc truyn dn cao c lm bi Bell labs Nm 2001 sn phm thng mi u tiờn ca hóng Iospan Wireless Inc dựng cụng ngh MIMO-OFDMA h tr c mó phõn v hp kờnh khụng gian im li cỏc s kin lch s nh vy thy rng lý thuyt cng nh cụng ngh MIMO mi c phỏt trin t phỏ hn thp k qua nhm tng tc v tin cy trờn ng truyn vụ tuyn chu nhiu tỏc ng ca can nhiu v b gii hn lý thuyt mc thp theo cụng thc Shannon (1948) c in Di õy lun s trỡnh by mụ hỡnh h thng MIMO tng quỏt sau ú trung phõn tớch riờng v thut toỏn D-Blast cho kờnh fading chm 11 12 Chng II Mụ hỡnh hp kờnh khụng gian h thng MIMO v ng truyn tỏn x H thng mỏy thu cú th s dng s khỏc bit v tham s 2.1 Mụ t h thng Hỡnh din t mụ hỡnh h thng thụng tin vụ tuyn MIMO khụng gian ny tỏch cỏc tớn hiu cú cựng tn s c phỏt ng thi t cỏc anten khỏc 2.2 Mụ hỡnh toỏn hc [1] [Chỳng ta bt u t trng hp n gin l kờnh truyn cú h s truyn xỏc nh (khụng cú fading m ch cú h s suy gim v n) v c bit trc (qua phộp c lng kờnh), bng tn hp bt bin vi thi gian H thng cú nt nten phỏt nr nten thu cú th c biu din qua ma trõn kờnh H n xn s cú mụ t toỏn hc r t l: (2.1) y = Hx + w nt nr ú x C l vộc t bờn phỏt (gm nt ký hiu t nt anten phỏt), y C l nr Hỡnh : Cu trỳc h thng thụng tin vụ tuyn Mimo giỏ tr nhn c ti nr anten thu, w CN(0, N0 I n ) l n trng Gauss ti mt thi r Trong h thng MIMO nhm tng tc truyn, dũng d liu bờn phỏt c tỏch thnh N dũng s liu song song cú tc thp hn (dũng con) N chớnh l s anten phỏt Mi mt dũng s liu cú tc thp s c iu ch v phỏt i trờn mi anten phỏt Thụng thng cỏc mỏy phỏt s lm vic cựng mt tc , nhiờn tc ny cú th c iu chnh linh hot theo yờu cu v dch v bng phng phỏp iu ch thớch ng Cỏc dũng s liu lỳc ny cú tc ch bng 1/N tc dũng s liu ban u, c phỏt ng thi trờn cựng mt bng tn, nờn v mt lý thuyt hiu sut s dng ph s tng lờn gp N ln Cỏc tớn hiu c phỏt ng thi qua kờnh vụ tuyn trờn cựng mt ph tn v c thu bi M ngten ca h thng thu im kớ hiu Ma trn kờnh H C nr xnt c coi l xỏc nh v khụng i thi gian truyn, c bit c bờn thu v phỏt, hij l h s suy gim kờnh t nten phỏt j n nten thu i, tng cụng sut phỏt ca cỏc anten gii hn l P Ta s phõn tớch kờnh ma trn ny thnh cỏc kờnh vụ hng c lp song song Nh ó bit i s tuyn tớnh, mi phộp bin i tuyn tớnh u cú th thc hin qua bc: phộp quay, phộp t l, v phộp quay ngc Ma trn H cú phộp phõn tớch giỏ tr riờng (singular value decomposition SVD) nh sau: H = U V* vi U C nt xnt , V C nr xnr l cỏc ma trn n v, R (2.2) nr xnt l ma trn ch nht cú Bng phng phỏp truyn dn ny, hiu sut s dng ph cú th s tng theo cỏc phn t trờn ng chộo l thc khụng õm, cỏc phn t cũn li bng Cỏc hm tuyn tớnh vi s anten l min(M,N), so vi vic tng theo hm loga ca h thng phõn hay khụng phõn truyn thng H thng MIMO ch cú hiu sut phn t trờn ng chộo c sp xp l nmin l cỏc giỏ tr n s dng ph cao h thng lm vic c mụi trng kờnh giu tỏn x (scattering) Cỏc dũng d liu t cỏc anten phỏt qua kờnh chng chp lờn cỏc anten thu s hon ton c phõn tỏch tr li bng cỏc thut toỏn bờn thu iu ny thc hin c cỏc ng truyn riờng r gia h thng phỏt v h thng thu khụng tng quan vi cú s khỏc v tham s khụng gian (singular values) ca ma trn H, nmin := min(nt, nr) T HH* = Ut (2.3) ta cú i l giỏ tr riờng (eigenvalues) ca ma trn HH* v cng l ca ma trn H*H, v ch cú nmin giỏ tr riờng Chỳng ta cú th vit li phộp phõn tớch H theo SVD nh tng cỏc ma trn hng bc 1: 13 14 nmin H= i uivi * (2.4) cỏc ct ca U thỡ mi liờn h gia tớn hiu - vo rt n gin: phộp t l theo h s i Phng trỡnh (2.9) biu din kờnh MIMO (2.1) mi quan h mi i Hng ca ma trn H ỳng bng s cỏc giỏ tr riờng khỏc khụng t: Khi ú dung nng ca kờnh ma trn s l tng dung nng ca cỏc kờnh truyn * ~ x = V x, (2.5) * ~ y = U y, (2.6) song song tng ng Vi cụng sut tng cng gii hn, vic phõn tỏch cụng sut theo thut toỏn nc s lm cc i tng dung nng: nmin ~ w = U*w, C= (2.7) log( + i1 ú cụng thc (2.1) cú th vit li nh sau: ~ y = ~x + w~ Pi * 2i ) bits/s/Hz N0 (2.10) Vi Pi* l cụng sut phõn b theo kiu nc: (2.8) N Pi * 20 i (2.11) c chn cho tha iu kin rng buc cụng sut tng: P i * P (2.12) i õy kớ hiu x+ := max (x,0) Mi giỏ tr riờng i tng ng vi ch riờng ca kờnh, cũn gi l kờnh riờng Mi kờnh riờng khỏc khụng cú th h tr mt lung d liu Do vy, kờnh MIMO cú th h tr a thnh phn khụng gian ca nhiu lung d liu 2.3 Hng v iu kin s [1]Trong mt s trng hp theo thut toỏn nc, cỏc kờnh cú ỏy Hỡnh 3: Phộp bin i SVD bin kờnh ma trn thnh cỏc kờnh song song [1] d thy w~ v w cú cựng hm phõn b, || ~x ||2 = ||x||2 Nh vy vi gii hn nng lng cho trc, kờnh Gauss vect cú th biu din tng ng di dng nmin kờnh Gauss vụ hng song song: ~ ~ y i i ~ xi w i vi i=1,2,nmin trờn mt nc v nú khụng c mang tớ cụng sut no (hỡnh 5) õy l kờnh quỏ ti cú th truyn ti thụng tin Thụng thng cụng sut phỏt s c phõn b nhiu cho kờnh cú h s cao tn dng iu kin kờnh tt, v rt ớt thm l khụng cho kờnh yu Do ú, ti SNR cao, mc nc l sõu, tim cn ti u t c cụng sut phõn u lờn cỏc kờnh con: k k P2 C log1 i k log SNR log i kN i i k (2.9) Phộp bin i c minh ho trờn hỡnh Phộp phõn tớch SVD c minh ho thụng qua phộp chuyn ta tớn hiu vo c chuyn sang c s l cỏc ct ca V, v tớn hiu chuyn sang c s l bit/s/Hz (2.13) vi k l s giỏ tr riờng i2 khỏc khụng v l hng ca ma trn H, v SNR := P/N0 V ú C s t l tuyn tớnh theo k Mt khỏc theo bt ng thc Jensen: 15 16 k P P k i log1 kN 2i log1 kN k k i i 0 (2.14) V vỡ: k i i Tr[ HH *] hij (2.15) i, j Hỡnh 5: Phõn b cụng sut theo thut toỏn nc[1] Nờn cú th núi rng cỏc kờnh ma trn cú cựng h s cụng sut tng cng, kờnh cú dung nng cao nht tt c cỏc giỏ tr riờng bng Tng quỏt hn l kờnh no cỏc giỏ tr riờng trung hn (ớt sai khỏc gia giỏ tr ln nht v nh nht), kờnh ú cú dung nng ln hn ch SNR cao Theo phõn tớch ny t s max i/mini c nh ngha nh l iu kin s ca ma trn H (din t trung ca giỏ tr n) Tc l kờnh ma trn cú iu kin tt cú Hỡnh 4: Cu trỳc SVD ca kờnh MIMO[1] hng cao v iu kin s gn n Trng hp SNR thp, dung nng ph thuc ch yu vo kờnh riờng mnh nht: C P max 2i log e bits/s/Hz N0 i (2.16) Trong ch ny hng hay iu kin s ca ma trn kờnh l ớt liờn quan Túm li, theo mụ hỡnh toỏn hc, hng ma trn kờnh v phõn tỏn cỏc giỏ tr riờng l tham s quan trng quyt nh hiu qu hot ng ca kờnh Trong iu kin SNR cao, dung nng s cc i nu cỏc cụng sut phỏt phõn chia u trờn cỏc angten 17 18 2.4 Mụ hỡnh kờnh vt lý ngten nh hn nhiu ln khong cỏch gia dóy ngten ny Khong cỏch hai Mụ hỡnh toỏn hc ó lý tng v tru tng húa cỏc kờnh song song tng ng Theo mụ hỡnh ny mun cú ng truyn cú th hp kờnh tt phi cú hng ngten xp x bc cho bi cụng thc: ca ma trn kờnh cao v s iu kin tt (ch khụng phi l c cú nhiu anten l tt) Song trờn thc t ng truyn vt lý phi tha iu kin gỡ t c cỏc yờu cu ny Chỳng ta cng tỡm hiu mt s vớ d n gin v phõn tớch hng v cỏc iu kin ma trn kờnh, tin cho vic phõn tớch kờnh MIMO thng kờ thun tin ta ch xột trng hp cỏc ngten t thng hng Kt qu phõn tớch chi tit ph thuc vo cu trỳc c th tng trng hp, nhiờn t tng v phng phỏp phõn tớch l nh õy d l khong cỏch gia ngten thu v ngten phỏt 1, r v t l cỏc gúc ti t ngten n dóy ngten t t cos t , r cos r l cosin hng ca cỏc gúc ti mng phỏt v mng thu thỡ cụng thc trờn cú th n gin nh sau [1]: j 2d exp( j (k 1) t t ) exp( j (i 1) r r ) hik a exp c cỏch gia cỏc ngten mng phỏt v thu tng ng l tt v c (2.19) Ma trn kờnh lỳc ny l: 2.4.1 Mng ngten nhỡn thy (LOS) [1] [Chỳng ta hóy xột kờnh MIMO iu kin khụng cú phn x hay nhiu x, cỏc dóy ngten phỏt v thu u c t thng hng (hỡnh 6), khong (2.18) d ik d (i 1) r c cos r (k 1) t c cos t j 2d er ( r )et ( t ) * H a nt nr exp c (2.20) Dự H cú kớch thc N x M nhng nú ch cú mt giỏ tr riờng khỏc khụng MN Dung nng kờnh truyn lỳc ny l: Anten phá t k Pa MN bits/s/Hz C log1 N (2.21) t Anten phá t Anten nhận t d r r Mảng anten ir cos r phá t kt cos t V* x U* Mảng anten thu Hỡnh Mụ hỡnh mng ngten nhỡn thy[1] Hỡnh : Khi th hin kờnh[1] H s kờnh gia ngten phỏt k v ngten thu i l: (2.17) Phộp phõn tớch ma trn H c minh trờn hỡnh Mc dự cú nhiu vi dik l khong cỏch gia ngten, a l h s suy gim ca mụi trng c coi ngten phỏt v nhiu ngten thu nhng tt c tớn hiu phỏt u cú cựng mt chiu khụng gian (kờnh ch cú mt mode riờng), ú ch cú bc khụng gian t l hik a exp( j 2d ik / c ) l nh cho cỏc kờnh truyn Chỳng ta cng cho rng kớch thc cỏc dóy Cỏc tớn hiu n ngten thu cú cựng hng, er ( r ) Do vy bc khụng gian t khụng tng cho dự s ngten thu v phỏt u tng 19 20 Tha s MN úng vai trũ l h s cụng sut ca kờnh truyn MIMO Nu M A = thỡ h s cụng sut ỳng bng s ngten thu, v thu c bng cỏch tng hp t s cc i ti b thu Nu N = thỡ h s cụng sut bng s ngten phỏt, thu c bng cỏch nh dng chựm tia phỏt Nu ta tng s lng c ngten thu v phỏt thỡ nh dng c hai chựm tia thu-phỏt, tớn hiu phỏt c nh dng ni pha (in-phase) ti mi ngten thu, sau ú cỏc tớn hiu ny li c nh dng tng hp li mt ln path Anten phá t t t r2 path Dã y anten phá t r1 B Dã y anten thu Anten thu na (a) S d nh vy l dự ma trn H cú kớch thc NxM nhng vỡ kớch thc mng ngten rt nh so vi khong cỏch thu phỏt nờn cỏc súng ti ngten gn nh song song vi Mi mng ngten nhiu phn t t nú ó to bỳp súng nhn Mi tớn hiu n phm vi bỳp súng ú thỡ u coi l cựng mt hng Mc dự cú nhiu ngten phỏt nhng vỡ khong cỏch rt xa nờn cỏc tớn hiu n mng thu khụng th tỏch bit v hng cú th lm tng ỏng k dung nng ca kờnh A Dã y anten H' phá t truyn Thc t ma trn cú hn mt giỏ tr n, nhng ú l cha Trong trng hp ny ma trn kờnh H ch cú mt giỏ tr n thc s, cũn cỏc giỏ tr n [1]Chỳng ta cú th to kờnh truyn tt nh trng hp trờn m khụng cn Hỡnh Kờnh MIMO mụi trng phn x[1] Mt cỏch trc quan cú th coi tớn hiu t ngten phỏt n ngten thu qua mt trm trung gian AB nh trờn hỡnh 2.8a Lỳc ny kờnh MIMO vi bc tng phn x c chia thnh kờnh ni tip H v H(hỡnh 8b) H chớnh l ma trn ca kờnh cú ngten thu t xa nhau, H l ma trn kờnh cú ngten phỏt t xa nhau: e * ( ) H '' a1b er ( r1 ), a 2b er ( r ) , H ' t*1 t1 et ( t ) phi t cỏc ngten xa Trong trng hp ny, ngoi mt ng trc tip t ngten phỏt n ngten thu, ta cũn cú mt ng khỏc phn x trờn vt cn (chng hn bc tng) Gi tớn hiu trc tip l 1, tớn hiu phn x l Tớn hiu i s cú suy gim v gúc vi dóy ngten phỏt ti (ti = cos ti ), gúc vi dóy ngten thu l ri (ri = cos ri ) Chỳng ta hóy tỡm iu kin ca tia phn x cú th t c mc ớch ny thu (b) Túm li mụi trng khụng cú vt cn, tc ch cú tớn hiu trc tip t 2.4.2 Kờnh MIMO vi mt ng phn x Dã y anten B khỏc l rt nh Nh ó phõn tớch trờn, lỳc ny kờnh ch cú mt mode riờng tt, cũn cỏc mode khỏc l rt ti ngten phỏt n ngten thu, nu khong cỏch thu phỏt rt ln so vi kớch thc mng ngten, kờnh MIMO ch lm tng h s cụng sut ch khụng lm tng bc khụng gian t H" vi , aib MN exp j 2d i C , (2.22) (2.23) di l khong cỏch gia ngten phỏt th nht v ngten thu th nht ca tớn hiu th i Ma trn kờnh MIMO lỳc ny s l tớch ca hai ma trn trờn, H = HH 31 SNR ZF ,out H Hx H w 32 2 x *Vớ d 2: [12] H w 4.41 S dng kờnh nh vớ d vi cỏc giỏ tr H, x, w v N0 nh c õy, 10 v ma trn MMSE c kt qa nh sau: M Chỳng ta thy rng cú s gim giỏ tr ca SNR l tng cng nhiu, t s: SNR ZF ,out SNR ZF ,in 0.2 0.5i 0.1 0.1i 0.6 0.3i 0.1 0.2i Z 0.3 0.1i 0.0 0.6i 0.4 0.2i 0.2 0.4i 0.2 0.1i 0.2 0.3i 0.0i 0.5 0.1i 0.88 Li b c lng x MMSE c tớnh l: 2.6.3 Phộp toỏn ti thiu trung bỡnh bỡnh phng li (MMSE) L phộp toỏn nhõn vect nhn c vi ma trn (dng ca nú cú c trờn c s cú mt c lng vi ch sai khỏc vi cỏc im ỳng ca chũm ti thiu, hay o hm ca hm li theo cỏc h s ca ma trn nhõn bng zero ) Nh ó núi 0.1 1.1i x MMSE Zy - 0.4 - 0.4i 1.4 3.2i trờn, cõn bng ZF lm tng n Mc ớch ca phộp toỏn cõn bng MMSE tuyn tớnh i l nhõn phng trỡnh h MIMO vi mt ma trn nh hng ca n c ti thiu Núi mt cỏch tng ng, b cõn bng MMSE ti a húa t s SNR Do vy, vect quyt nh ca b c lng MMSE l: x i , õy l c lng Gi s x MMSE l kt qu sau nhõn ma trn ny chớnh xỏc ca x.B c lng MMSE khụng loi tr hon ton nhiu ng kờnh vỡ: (2.43) x MMSE Zy ú Z c chn cc tiu hoỏ: Zy x (2.44) i vi mụ hỡnh kờnh ny, ú H v w l Gauss, thỡ ma trn c lng MMSE nh sau: Z H ( HH N I N ) M M 3i 0.2i 0.1 0.1i ZH 0.2i 0.1 0.2i 0.1 0.1i 0.1 0.2i khụng bng ma trn ng nht, khụng ging nh trng hp ca b c lng ZF Song b c lng MMSE cú u im l nhiu khụng mnh nh b c lng ZF iu ny cú th thy c bng cỏch tớnh cỏc t s SNR u vo v u ca b c lng MMSE: (2.45) SNR MMSE ,in Hx w ú: E S N l toỏn t k vng c s dng trng hp ny vỡ kờnh l ngu nhiờn lm sỏng t phộp tớnh ny ta xột li vớ d SNRMMSE ,out ZHx Zw 2 5.03 2 27.56 Chỳng ta cú t s gia cỏc SNR nh sau: SNR MMSE ,out SNR MMSE ,in 5.48 33 34 Nh vy l t s gia cỏc SNR ca b c lng MMSE tt hn t s gia mt ca nhiu Hai vớ d ca cỏc phng phỏp ny l MMSE v ZF Chỳng ta s cỏc SNR ca b c lng ZF mụ t hai phng phỏp ny mt cỏch riờng r thut toỏn tỏch 2.6.4 Phộp toỏn loi b nhiu (cancelation) 2.6 Qui trỡnh ca thut toỏn V-Blast Trong thut toỏn tỏch phõn lp ta khụng ng thi tỡm cỏc khong cỏch cc tiu ca cỏc thnh phõn vecto sau phộp toỏn bin i ngc kờnh vi cỏc im chũm bờn vecto phỏt quyt nh ng thi, m ta tỡm v quyt nh tng thnh phn mt ca vộc t (nờn nu cú n anten phỏt v thu, chũm M im thỡ ch cú n.M phộp tớnh v so sanhs khong cỏch) Loi b nhiu l loi tr cỏc thnh phn ca cỏc im tớn hiu ó quyt nh ti vec t thu Ti bc th n ca thut toỏn, tin hnh tỏch x n , cỏc ký hiu trc ú x1 ,x , ,x n-1 ó c tỏch ri v thun tin cho vic phõn tớch D-Blast trc ht ta núi v qui trỡnh thc hin V-Blast, ú bờn phỏt to cỏc dũng d liu song song, c nh i vo cỏc anten phỏt Bờn thu khụng thc hin gii mó tt c cỏc thnh phn vecto phỏt cựng mt lỳc, m nú s gii mó thnh phn mnh nht ri ly tớn hiu nhn c tr i kt qu qua kờnh ca thnh phn mnh nht ny Sau ú li tin hnh gii mó thnh phõn nht ca vect phỏt cũn li, v c tip tc nh vy n tớn hiu yu nht vộc t nhn y (li Gi s rng kờnh H ó bit sau c lng kờnh, cỏc bc chớnh ca thut toỏn V-BLAST/ZF cú th túm tt nh sau : biờn i cỏc im tớn hiu ó quyt nh ri qua ma trn kờnh) loi tr giao thoa - Bc - ẫp v khụng (Nulling): Tỡm ma trn o kờnh H+ Tỡm vecto cú (chng chp) cua cỏc tớn hiu ó quyt ny vộc t nhn y, to iu kin cho vic tỏch cỏc thnh phn cũn li : ln nh nht H+ (ng vi ng truyn mnh nht), ri tỡm thnh phn n gi s l tỏch ỳng lý tng, chỳng ta cú th tr x H i i i n-1 N i=1 i=n y n =y - x i H i = x i H i +w , n = 2,3,,N (2.46) ny bờn phỏt c lng x H y - Bc Quyt nh theo ML (Slicing): Quyt nh theo im chũm gn nht vi thnh phn c lng mnh nht va cú Thc t, bng cỏch s dng phộp quy np v quy c y1 y , chỳng ta cú: y n+1 =y n -x n H n , n=1,2,,N-2 - Bc Loi nhiu (Cancellation): Thnh phn va c quyt nh c (2.47) Chớnh bi vy ti bc th n ca thut toỏn sau tỏch c ký hiu th n l x n Thỡ nh hng ca nú c loi tr phng trỡnh: phỏt qua kờnh H s thit lp phõn b tớn hiu vect ỳng ca nú ti b thu, sau ú c loi tr vect tớn hiu nhn v thut toỏn quay li bc cho n tt c cỏc tớn hiu c gii mó * Vớ d 3:[12] (2.48) 2.6.5 Phộp toỏn trit nhiu Trit nhiu l quỏ trỡnh tỏch x n t y n bng vic loi b nh hng t cỏc tớn hiu cũn cha c tỏch (cha quyt nh) Trong bc ny ký hiu th n c tỏch nh vic trit nhiu gõy bi cỏc ký hiu xn+1 ,x n+2 , ,x n Ging nh mi Chỳng ta s dng kờnh ging nh vớ d vi cỏc giỏ tr H, x v w nh vớ d Sau cho giỏ tr u vo, chỳng ta cú ma trn kh nghch nh sau: 0.2 0.7i 0.2 0.1i 0.8 0.4i 0.2 0.2i Z1 H 0.5 0.2i 0.0 0.7i 0.5 0.3i 0.2 0.5i 0.3 0.4i 0.5 0.0i 0.7 0.2i 0.4 0.1i t trit nhiu khỏc, õy cú mt vi phng phỏp tỏch mt ký hiu vi s cú Vỡ cú thnh phn ca x nờn thut toỏn V-BLAST s kt thỳc quỏ trỡnh quyt nh sau bc lp nh sau: 35 36 - Bc 1: Tỏch lp th nht, ta cú: (Z )1 (Z1 )1 (Z1 ) (Z1 ) Nờn 2 1.43 (Z ) 1.36 (Z ) 1.12 tớnh l Vỡ vy, bc ny thut toỏn s chn kờnh th (cú cỏc giỏ tr tng ng vi cỏc thnh phn ca hng th ca Z1) x lý v thnh phn th nht ca c lng c tớnh toỏn nh sau: 1.5 2.2i 2.4 2.8i 1.6 3.6i g k1 0.4 0.1i 0.3 0.4i 0.5 0.7 0.2i 0.4 0.6i 1.1 7.0i Sau c lng ny chỳng ta a quyt nh i vi thnh phn th nht ca 0.36 0.8 0.3i 0.0 0.6i 0.5 0.9i g k2 0.1 0.1 0.3i 0.2 0.1i 0.4 0.1i 0.0 0.8i 1.2 1.3i v quyt nh xk s l: x k2 1.0 1.0i Sau c lc, vect thu sa i sau loi thnh phn c tớnh l: vect phỏt l: x k 1.0 3.0i Nhõn thnh phn ó quyt ny vi ct ca ma trnn 1.4 0.3i 1.8 0.2i y3 y x k2 ( H ) k2 0.2 0.3i 0.3 0.5i kờnh ri loi b vect thu Ta c kt qu thu cũn li 0.8 0.3i 0.6i y y1 x k1 ( H ) k1 0.8i 1.2 1.3i ú ma trn H bng: k2 Vi ma trn kờnh truyn mi l H bng: k1 H k2 k1 0.55 (Z1 ) =1.12 l nh nht (ng vi ng truyn mnh nht) Do ú k1 c H Do vy, c lng g k l: 0.3 0.3i 0.7i 0.8 0.6i 0.7 1.1i 0.8 0.2 0.3i 0.1 0.2i 1.2 0.3i 0 0.1 0.4i 0.3 0.1i 0.5 0.1i 0.3 0.1i 0.1 0.3i 0.2 0.1i 0.4 0.1i 0 - Bc 2: Tỏch lp th 2, thut toỏn chn kờnh th x lý vỡ: 0 0 0 v ma trn kh nghch mi Z3 l: 0.3i 0.4 0.2i 0.4 0.1i 0 0 0 Z3 = Ma trn kh nghch mi Z2 cho bc lp tip theo c tớnh l: Z2 = 0.1 7i 0.8 0.6i 0.1 0.2i - Bc 3: Trong lp cui cựng, k3 c thit lp bng c lng g k c tớnh nh sau: 37 1.0 1.3i 0.3 0.5i 0.8 1.1i g k3 0.3i 0.4 0.2i 0.4 0.1i 0.2 1.3i 1.5 5.5i 38 Chng III K thut D-Blast Hp kờnh khụng gian Thi gian (D-BLAST - Spatial Multiplexage ) v quyt nh tng ng xk l: x k i 3 Chỳng ta cú th kt hp cỏc thnh phn ca vect quyt nh theo bc ca cỏc ch s (k1, k2, k3) nh sau: i x i 3i õy l c lng chớnh xỏc ca x Thut toỏn tỏch kờnh V-BLAST/MMSE c ỏp dng tng t vi vic H+ c thay bng Z H ( HH N I N ) M M Hỡnh 11 Mụ hỡnh c bn ca mt Spatial Multiplexage [14] Kin trỳc D-Blast ln u tiờn c gii thiu bi Foschini vo nm 1996 Chỳng ta s mụ t cu trỳc tng mó húa khụng gian, v hai thut toỏn gii mó Nulling v MMSE ( minimum mean squared Error) Chỳng ta s trỡnh by D-Blast MMSE nng lc kờnh vi trng hp ngten thu Cỏc bc c bn ca h thng : -Lung data truyn c chia thnh Nt lung data vi tc nh -Sau c mó hoỏ v iu ch cỏc lung data nh ny c truyn qua Nt ngten phỏt -Cỏc dũng ph ny l ng tớn hiu kờnh tc l cú cựng mt di tn s - ni nhn cỏc ngten thu u cú th nhn s chng ln lờn ca cỏc tớn hiu truyn ti phõn tỏch chỳng thnh cỏc dũng data v ghộp chỳng thnh dũng data ban u 39 c im ca h thng : 40 3.1.2 Horizontal encoding v Vertical encoding + Khụng cn thit s ngten thu phi ln hn hoc bng ngten phỏt nh VBlast + Gn ti kh nng gii hn truyn qua ca cụng ngh mimo + Nhc im l mó húa phc khụng gian v thi gian 3.1 K thut s dng thut toỏn D-Blast 3.1.1 Ghộp xen G.Foschini xut mụ hỡnh ghộp xen v gii ghộp xen c ỏp dng cho cỏc dũng cú t s tớn trờn nhiu cao bự cho cỏc dũng khỏc 1 1 2 2 3 3 4 4 4 4 Hỡnh 13 Horizontal encoding [8] Hỡnh 12: Cu trỳc mụ t quỏ trỡnh ghộp xen bng b ghộp xen [14] Chui bớt c qua b demultiplexed to cỏc dũng data Mt con, tng dũng ny Gi thit rng s ngten phỏt v thu u bng Cỏc dũng phỏt cú chiu di tng ng 16 ký hiu B ghộp xen s chia cỏc dũng phỏt thnh dũng v thc hin vic ghộp xen, theo cỏch ny cỏc dũng c sp xp theo ng chộo.Khi b thu tỏi to li dũng d liu phỏt ghộp xen bng cỏch s dng canceling v nulling, dũng d liu phỏt cú cu trỳc nh hỡnh v Dũng d liu phỏt cú c im t s tớn trờn nhiu dng bc thang, cỏc dũng c sp xp theo th t t l vi biờn ca cỏc t s tớn trờn nhiu Sau ú b gii ghộp xen gii ghộp xen dũng phỏt, thu c tớn hiu gii ghộp xen.[1] sau ú c mó húa v ghộp xen v c a vo modul gin chũm sao.V mt thi gian mó húa c c lp v cỏc dũng d liu nh Mt c truyn i bi tng ngten riờng 41 42 Hỡnh 14 : Vertical encoding [8] Chui bớt c mó húa ghộp xen lp bn chũm ri qua b tỏch truyn trờn cỏc ngten Ly ý tng t s truyn dn a ng cho phộp truyn dn song song cỏc dũng ph Da trờn s thit k cỏc bớt thụng tin c truyn ngang qua tt c cỏc ngten Vi loi ny thỡ yờu cu gii mó ni thu rt phc Hỡnh 16 Mó húa cỏc ký hiu anphabeta a,b,c,d, tng khụng gian thi gian.[8] Mi hng tng ng vi ngten truyn.Mi ct hin th truyn tớn hiu liờn tip 3.2 Tng mó húa D-Blast (Layered Encoding D-Blast) cỏc chu k thi gian .vớ d tng a tng ng vi cỏc giỏ tr vo ca ma trn Trong V-BLAST, mi dũng mó hoỏ, hoc lp, tri di theo chiu ngang li tớn hiu sau : khụng gian-thi gian v c t theo chiu dc Trong kin trỳc c ci thin hn mi lp l sc chộo qua li khụng gian v thi gian Kin trỳc ny l t nhiờn gi l ng chộo BLAST, hoc D-BLAST cho ngn D-BLAST lc b mt mỏt mt t l bi vỡ giai on to mt s cỏc ng ten cú th gi im lng Hỡnh 17 Ma trn tớn hiu [8] thc hin mó húa chỳng ta mó húa hng bớt thụng tin cú di t mó Nt dựng lc mó thớch hp Mi t mó c ghộp vi tng khụng gian vi Nt im vo c truyn sut khe thi gian thớch hp B phỏt phỏt ký hiu u tiờn t X 1,1 ti X 1, ca chui X (ký t a ) qua ngten phỏt th n ti khe thi gian u tiờn TS Hỡnh 15 Kin trỳc D-Blast [8] cú rng thi gian l v phỏt ký hiu tip theo t X 2, ti X 2,2 ca chui X (ký t a) qua ngten phỏt 43 44 (n1) ti khe thi gian th TS C nh vy, b phỏt s phỏt ký hiu cui cựng D-Blast c coi nh kin trỳc phỏt ch khụng phi mó khụng thi gian : Thụng qua t X4,3+1 ti X 4,4 ca chui X (ký t a) qua ngten phỏt u tiờn ti khe thi gian th TS Nh vy cỏc ký hiu t X 1,1 ti M 1,4 ca chui X c phỏt x lý tớn hiu v ghộp xen t mó xuyờn cỏc ngten, nú bin kờnh MIMO thnh cỏc kờnh song song Do vy, nú cho phộp dựng bt c mó kờnh song song tt no cho trờn c bn ngten v c phõn b chộo theo khụng gian v thi gian Nh vy kờnh MIMO cỏc ký hiu c phỏt theo mt ng chộo B phỏt s phỏt chui th X 3.3 Tng gii mó ( Layered Decoding D-Blast) (ký t b ) t khe thi gian th ( 2) n chui cui ca ký t b ti khe thi gian th (4-5) ca ngten phỏt u tiờn í tng chớnh ca gin mó húa ny l : Tt c ký hiu Nt ca t mó c truyn sut cỏc khe thi gian khỏc v Trong D-blast cỏc t mó ca cỏc tng khụng gian u c gii mó ti cựng mt thi im, chỳng ta mụ t Successive cancellation lm th no gii quyt nhiu gia cỏc tng, v mụ t mi tng c gii mó nh th no.chỳng ta mun gii mó ti tng nhón ký t a thỡ ti thi gian ny z v cỏc ký t trc ú ó c gii mó Bi vy chỳng ta cú th hon thnh loi nhiu trờn tng ký t a.Tuy nhiờn tng b v cỏc tng sau ú khụng c gii mó ú nhiu cũn Sau x lý nhiu Tng t mó c truyn bng tt c cỏc ngten Lý cho vic truyn mt t mó bng tt c cỏc ngten l cỏc h s ca kờnh cú dung sai ti a v cỏc dung sai ny ngy cng nh dn Lý truyn cỏc khong thi gian khỏc l vỡ cỏc ký hiu cựng t mó khụng gõy nhiu cho cỏc t gia cỏc tng, mi ký t tng a b sai lch tỏc ng ca nhiu, nhiu trờn cỏc ký hiu khỏc l khỏc v ú vic ỏp dng mó húa s lm tng tin cy cho cỏc ký hiu v giỳp vic gii mó chớnh xỏc.Cú hai cỏch x lý nhiu gia cỏc tng, BLAST- nulling v BLAST-MMSE Quỏ trỡnh gii mó : mó khỏc, nú cho phộp gii mó thun li Hỡnh di l quỏ trỡnh x lý tớn hiu truyn qua tng khụng gian thi gian Hỡnh 18 S thut toỏn mó húa [4] Hỡnh 19 Lc khụng gian ti ni nhn.[4] 45 46 Ta thy, ch tn ti cỏc tớn hiu nhiu phớa di ng chộo ti khe thi gian u tiờn TS B thu D-Blast thu c ký hiu u tiờn ca dũng phỏt S tng ng vi chui X bng cỏch thc hin canceling Trong khe thi gian th (2 n 3) v th 3(3 n 4) thỡ tn ti c tớn hiu nhiu di ng chộo v trờn ng chộo, b thu D-Blast s thu c n ký hiu th v th ca dũng phỏt S1 bng cỏch thc hin canceling v nulling Tng t vi cỏc khe thi Hỡnh 20 Ma trn chui bớt ca t mó gian Ch cỏc tớn hiu nhiu b kh bi nulling tn ti phớa trờn ng chộo khe thi gian TS ti TS n B thu D-Blast s thu c dũng phỏt S bng cỏch thc hin Nulling trờn mi khe thi gian B thu D-Blast s tỏi to li tớn hiu DBlast bng cỏch thc hin lp i lp li mụ hỡnh canceling v nulling nh mụ t trờn Tuy nhiờn tớn hiu D-Blast c phỏt theo ng chộo Tớn hiu thu c sau bao gm nhiu nhiu hn tớn hiu thu c trc Chớnh bi vy cỏc tớn hiu DBlast thu c s cú t s tớn trờn nhiu dng bc thang, c th tớn hiu thu c sau s cú t s tớn trờn nhiu nh hn tớn hiu thu c trc Chớnh vỡ c im ny, nhiu tớn hiu cú t s tớn trờn nhiu thp cú th bao gm nhiu mnh hn tớn hiu thun tỳy Do ú li cú th xy nu cú mt vi tớn hiu cú t s tớn trờn nhiu thp liờn tip nhau, ú lm gim hiu nng hiu chnh li ca h thng Ngi ta x lý k iu ny bng k thut ghộp xen 3.3.1 D-Blast- nulling õy l quỏ trỡnh loi b cỏc ký t khụng mong mun Cn t chui data nhn Hỡnh 21 S h thng x lý phc ti ni thu.[4] Do cỏc ký hiu ca cỏc dũng thu c, c t theo ng chộo, mi khe thi gian cú (n1) cỏc tớn hiu nhiu t cỏc ngten thu khỏc õy thỡ cỏc tớn hiu nhiu cú th c chia thnh cỏc tớn hiu nhiu nm phớa trờn ng chộo v cỏc tớn hiu nhiu nm phớa di ng chộo B thu D-Blast s loi b cỏc tớn hiu nhiu di ng chộo bng cỏch s dng mụ hỡnh canceling loi b tớn hiu ó c tỏch ti khe thi gian trc ú B thu D-Blast s s dng mụ hỡnh Nulling tỡm tớn hiu tip theo ca ng chộo bng cỏch loi b nh hng ca nhiu t cỏc ký hiu phớa trờn ng chộo c Rn Blast-nulling dựng successive cancellation loi b nhiu trờn cỏc tng ó sn sng gii mó v s dng lc Gram-Schmidt lm vụ hiu nhiu ti tng m phng phỏp trc giao vi nhiu khụng loi b nhiu c tỡm c im vo X2,2 ca tng a tớn hiu nhn ti thi gian l: y2= H x2 + w2 ú Xi,2 vi i>2 l ó c gii mó, cũn X1,2 l cha c gii mó y2 c tin x lý nh sau : Ma trn kờnh s l: H=QR, Q l ma trn n v, R l ma trn tam giỏc trờn tc l ma trn cỏc thnh phn bờn di bng y2= Q+ y2=RX2+ w2 Trong ú w2 =Q+ w2 v + l phộp chuyn v liờn hp 47 48 Ta cú : Chỳng ta thy c mt phn kh nng cu trỳc ca h thng, lu ý tng ớch kờnh kh dng theo kinh nghim ca X2,2 l r22 tng t Xi,j l ri,j Kin trỳc Blast vi gii mó Blast-nulling mụi trng nhiu trng c lp thỡ cú tng ớch kờnh kh dung l rii Tng t nh trng hp OSTBC tng ớch kờnh l khỏc v y '1, 2t y ' 2, t y' Nt , 2t = r11 r12 r22 r1Nt x1, 2t w'1, 2t r2 Nt x 2, 2t w' 2, 2t + rNtNt x Nt , 2t w' Nt , 2t (3.1) t mó c truyn qua tt c cỏc kờnh ph (tt c cỏc ngten phỏt) ton b cu trỳc khụng gian Dung nng kờnh ca cỏc kờnh ph vụ hng l : Log2(1+pr2ii) (3.4) Trogn ú : = SNR/Nt Khi ú tng dung nng ca kin trỳc Blast-nulling l: Hng th ca ma trn trờn: y2,2T=r22x2,2t +r23x3,2t+.+r2NtxNt,2T+w2,2T CBLAST-nulling=i=1Ntlog2(1+pr2ii) (3.2) Chỳng ta nhỡn thy thnh phn cha c gii mó X1,2 khụng xut hin quỏ trỡnh nulling cũn cỏc thnh phn ó c gii mó Xi,2 vi i>2 thỡ c loi b, ta cú : (3.5) So sỏnh vi dung nng gii hn kờnh Gaussian : Cchannel (H)=log2(det(INr+HH+))=log2(det(INr+RR+)) (3.6) Blast-Nulling l gn ti u Vớ d Nt=2, y~2,2t=r22x2,2t+w2,2t (3.3) Bõy gi ta ó xỏc nh c X2,2 Nu nh cỏc thnh phn Xi,2 vi i>2 cú gii mó sai thỡ cỏc giỏ tr gii mó sai ny cng c loi b V X2,2 chng gii mó sai tt Hin tng ny c bit nh l li truyn lan CBLAST-nulling=log2((1+r211)(1+r222)), (3.7) Cchannel=log2((1+r211)(1+r222)+r212) (3.8) Blast-nulling ch dựng cho lc khụng gian vi ma trn R ( na di ng chộo bng ) vỡ th m nú l gn ti u Ngoi nú cũn fading Chỳng ta s xỏc nhn tt c chui ca ký t a a tt c cỏc vo b gii mó 3.3.2 D-Blast MMSE ( MMSE ti thiu bỡnh phng trung bỡnh li ) Blast-MMSE l mt loi ca Blast-Nulling Chỳng ta s phõn tớch kin trỳc BlastMMSE trng hp ngten truyn v ngten nhn Blast-nulling l gn ti u, cũn Blast-MMSE to ti a dung nng kờnh lc khụng gian vi ma trn R S khỏc gia Blast Nulling v Blast MMSE l nhiu khụng c gii mó ti cỏc bớt vo.Ta cú : y2T=Rx2t+w2t (3.9) Khi ú ch cú hng th c gii mó X2,2 , chỳng ta b cỏc bit ó c gii mó Xi,2 vi i>2 ú : Hỡnh 22 Lc gii mó Blast-nulling [6] 49 ~ ~ y r y 2, 2t = 1~, 2t = 11 y 2,2t r12 x1, 2t w'1, 2t + r22 x 2, 2t w' 2, 2t 50 Tng dung nng ca BLAST-MMSE l : (3.10) Chỳng ta mun xỏc nh X2,2 , ta coi nh X1,2 l nhiu , ta vit li cụng thc trờn ~ w'1, 2t r12 v1, 2t r r y 2, 2t = 12 x2,2t+ 11 x1,2t+ = x2,2t + v r22 w' 2, 2t r22 2,2t Hu ht Blast-MMSE l ti u, cũn Blast-nulling l gn ti u (3.11) Bõy gi chỳng ta cú th tỡm thy X2,2 nh vo dựng ma trn covariance Khi ú t s SNR s l : r222+r212/(1+r211) Thay r 22 r222)+r212) = Cchannel Dung nng kờnh ca Blast-MMSE l ti a nh sau : CBLAST-MMSE = log2(1+ r211)+log2(1+ r222+ r212 /(1+ r211) = log2((1+ r211)(1+ (3.12) nh trng hp blast nulling Kin trỳc D-Blast vi cỏch gii mó Blast-MMSE kớch thc a ngten 2x2 , kờnh truyn l nhiu trng AWGN vi tng ớch r 11 v r222+ r212/(1+ r211) c v nh hỡnh di Hỡnh 23 BLAST-MMSE thc hin ngten [6] (3.13) 51 52 CHNG IV: NH GI HOT NG CA D-BLAST Trong chng ny chỳng ta s a mt s kt qu mụ phng thut toỏn DBlast mt s kch bn c th s dng t ti liu tham kho, t ú rỳt cỏc nhn xột ỏnh giỏ Chỳng ta cng s s dng c hai thut toỏn MMSE v ZF so sỏnh hiu nng ca hai thut toỏn 4.1 Mt s kt qu mụ phng Hỡnh 25: Xỏc sut li khung trng hp nt nr v tc bớt mi kờnh [1] Hỡnh 24: Xỏc sut li khung trng hp nt nr v tc bớt mi kờnh [1] Hỡnh 26: Xỏc sut li khung vi nt nr , tc 16 bit mi kờnh [1] 53 54 4.2 S so sỏnh gia V-Blast v D-Blast Hỡnh 27: Xỏc sut li khung vi nt , nr , tc 16 bit mi kờnh [1] Nhn xột: Hỡnh 28: So sỏnh hiu nng phõn ca V-Blast v D-Blast [1] - T hỡnh 24 v hỡnh 25 chỳng ta thy tng tc t bit lờn bit mi kờnh thỡ xỏc sut li khung bng SNR=8(dB) vi trng hp bit cũn vi trng hp bớt xỏc sut li khung bng SNR = 14(dB) Chỳng ta d rng thy tc cng tng thỡ tin cy cng gim i Trong h kin trỳc Blast c s dng rng rói m chỳng ta cn nhc n l kin trỳc V-Blast V-BLAST c núi n vi kờnh truyn MIMO t c tc d liu cao Lung data c chia thnh cỏc lung data nh hn c lp v - T hỡnh 26 v xỏc sut li khung chiu di khung bng 240 thi gian ký hiu v hỡnh 27 v xỏc sut li khung chiu di khung c 200 thi gian gi i trờn cỏc nten khỏc Khi nghiờn cu V-BLAST ta thy cha t c s trao i phõn tp-hp kờnh ti a ti tc thp: kh nng phõn ln nht ký hiu Chỳng ta nhn s nten phỏt tng t lờn v vi chiu di khung ln hn thỡ s cho ta xỏc sut li khung tng lờn cao hn ca cỏc lung d liu b gii hn bi s nten thu Tuy nhiờn, V-BLAST cng khụng phi l ti a cho kờnh truyn tc cao, lớ l: [1] vớ d cho kờnh truyn - ng MMSE luụn nm bờn di ng ZF, ú hiu nng ca MMSE tt hn ca ZF mi trng hp x 1, cho rng mt s cỏc kờnh truyn cú h s l v cỏc kờnh cũn li tha (0,1) Khi ú phõn t c bi lung d liu c gi trờn nten phỏt u tiờn vi li hp kờnh l 0, trỏi li ton b kờnh truyn cú s trao i phõn hp kờnh khỏc Chớnh vỡ th m V-BLAST khụng c li trờn c hai phng din l li phõn v li hp kờnh nờn kin trỳc ny khụng t c s trao i ti u cho kờnh truyn MIMO 55 56 Kin trỳc D-BLAST t c kh nng phõn ti a trờn kờnh MIMO Vn th l cu trỳc phõn tng s lm tng tr Chiu di mó húa, s Lung data c chia thnh cỏc lung v truyn trờn cỏc kờnh c lp trờn phng din chộo, kin trỳc D-BLAST vi b thu MMSE-SIC Bin kờnh truyn tri di ca t mó s lm tng thi gian tr dn n tng di b m Tuy nhiờn t mó di l cn thit gim li lan truyn MIMO thnh kờnh song song tng ng theo phng phỏp bin i ma trn tr riờng, vỡ th cỏc phng phỏp mó húa s dng cho kờnh truyn song song, nh mó hoỏn v, s dng theo kin trỳc D-BLAST s l mó cho kờnh truyn MIMO Thut toỏn V-Blast t khụng hiu qu vi kờnh fading chm, lý l nú khụng s dng ht kh nng phõn phỏt khụng gian nờn nu nh ng truyn tng ng no ti (deep fading) thỡ khụng cu vón c Thut toỏn DBlast khc phc c nhc im ny cho cỏc dũng d liu phỏt song song c phỏt quột ký hiu trờn dóy cỏc ngten phỏt ln lt xen k Tc l s dng thờm phõn phỏt Trong V-Blast mi dũng mó m rng hng ngang li khụng thi gian v c t nm trờn theo chiu thng ng Cũn kin trỳc D-Blast mi lp c vch chộo qua li khụng thi gian Ci tin ỏng k ca D-Blast so vi V-Blast l mó xuyờn cỏc ngten phỏt Cỏch ny trung bỡnh húa s ngu nhiờn ca cỏc kờnh v lm tt hn tc gn sỏt dung nng dng kờnh (outage capacity) So sỏnh D-Blast v Alamouti : S Alamouti cng c coi l kin trỳc phỏt, nú chuyn MISO fading chm 2x1 thnh SISO fading chm Mi mó cho SISO dựng phi hp vi s Alamouti s cho mó i vi MISO So vi D- Hỡnh 29 Hiu nng phõn ca kin trỳc D-BLAST [1] 4.3 Mt s ca D-Blast u tiờn chỳng ta núi v truyn li Gii mó cỏc tng sau yờu cu quỏ trỡnh gii mó ti cỏc tng trc l chớnh xỏc Nu mt tng trc b gii mó sai li s truyn ti cỏc tng sau v khụng dng li mt vi tng Do ú cn bo v tng cú nhiu mnh vi mc mó húa y Mt cỏch ngt li lan truyn l to li quỏ trỡnh tỏch: dng truyn sau mt vi tng v bt u li cỏc tng mi, iu ny lm tng quỏ trỡnh thit lp ban u khi to li Blast nú x lý tớn hiu n gin hn v khụng cú truyn li hay gim tc Song D-Blast li cú th lm vic vi mt s tựy ý ngten phỏt v thu (trong s alamouti khụng tng quỏt cho mt s tựy ý cỏc ngten phỏt) Thờm na s Alamouti hot ng ti kờnh MIMO vi nhiu ngten phỏt v thu iu ny l vỡ khụng nh D-Blast, s alamouti khụng s dng ht cỏc bc t cú sn kờnh Sau õy l mt s kt qu so sỏnh thụng qua mụ phng: Chỳng ta thc hin mụ phng vi tc khỏc vi c chũm khỏc : + T l li - 1020 bit vi tc truyn b/s/Hz dựng 64QAM v 256 QAM 57 58 + T l li khi-1020 bit vi tc truyn bớt b/s/Hz dựng 256QAM v KT LUN 1024 QAM Kt qu c th hin nh hỡnh di Bn lun ỏn ó a cỏc thụng tin tng quỏt v h thng Mimo Kin trỳc D-BLAST ó mang li kh nng ln vic tng tc v tin cy cho h thng truyn tin khụng dõy Thut toỏn D-Blast l kin trỳc kt hp thnh cụng vi cỏc loi mó song song khỏc nhau, a n s ti u tc v tin cy thc thi c kin trỳc D-Blast cho h thng Mimo l khỏ phc tp, ũi hi kh nng ca b x lý cỏc b thu phỏt l rt mnh, nhng bự li hiu qu ca thut toỏn s mang n thnh cụng ln vic ci thin cht lng truyn thụng, c bit i vi kờnh fading chm, trỏnh c hin tng fading sõu nh vic phỏt Hỡnh 30 T l li - 1024 bớt R=6 v R=8b/s s dng kin trỳc D-BlastMMSE cho ngten thu v 02 ngten phỏt.[6] -2 luõn phiờn tớn hiu trờn tt c cỏc nten, ú xỏc sut dng kờnh c ci thin, ngoi nú cng t c s trao i ti u c dựng kt hp vi cỏc loi mó D-BLAST cng cho thy s tng quan gia thc hin v phc ca thut toỏn Chỳng ta ó nghiờn cu cỏc cu trỳc nhn nh l Zeroforcing MMSE, thỡ D- nulling.Chỳng ta a cỏc kt qu ca vic mụ phng h thng, so sỏnh chỳng BLAST_MMSE lch lờn ti 4.8db c hai tc , ú ti xỏc sut li bớt vi cỏc thut toỏn khỏc, tỡm hiu cỏc thiu xút ca h thng Trong mụi trng fading chm thut toỏn D-blast l s kt hp ti u Mimo ó em li cho chỳng ta So sỏnh vi ng gii hn dng ta thy t l li bớt 10 l 10-3 lch l 5db tc R=6b/s/Hz v 6db cho R= 8b/s/Hz Cũn sau õy l so sỏnh v dung nng kờnh k thut D-Blast v V-Blast li ớch v tc truyn tin, a chun cho th h thụng tin di ng tip theo 4G, cho s kt hp vi LAN tc cao dũng chun 802.11 Hyper LAN/2 D nh hng nghiờn cu tip theo s l : - S dng kt hp kin trỳc D-blast vi mó Turbo code a n kin trỳc Turbo Blast - Thit k mó khụng thi gian ti u cho D-Blast trờn kờnh fading chm Hỡnh 31 Dung nng ca kiờn trỳc D-blast ti u hn so vi V-Blast.[6] 59 Ti liu Tham kho Ti liu ting vit: [1] Nguyn Vn Khoa (2008) Thut toỏn D-Blast cho kờnh MIMO fading chm Lun ỏn tt nghip i hc, Trng i hc cụng ngh - i hc quc gia H ni, tr 32 36 [2] Trnh Anh V (2008) Nghiờn cu k thut Mimo ng dng thụng tin vụ tuyn th h th ,tr 27 Ti liu ting anh : [3] Eduardo Zacaras, (Autum 2004) BLAST Architectures B.Post Graduate Course in Radio Communication pp, 45-50 [4] Georgios B Giannakis ZhiQiang Liu Xiaolima Shenglizhou (2007) Space Time coding for broad band wireless Communication.New Jersey Published [5] Gerard J.Foschini, Fellow, Dmitry Chizhik, Michael J Gans Fellow, IEEE Analysis and Performance of Some Basic SpaceTime Architectures, pp.30-38 [6] G J Foschini, (Autumn 1996) Layered spacetime architecture for wireless communication in fading environments when using multiple antennas, Bell Labs Tech J., vol 1, no 2, pp 4159 [7] Hamid Jafarkhani (2005) Space-Time Coding Theory and Practice Cambridge Universtiy Press [8] Huan Yao (2003) Efficient Signal, Code, and Receiver Designs for MIMO communication Systems, Cambridge Universtiy Press [9] Haykin (2009) Sellathurai_Space-Time Layered Information Processing for Wireless Communications Mathini Sellathurai, Simon Pub lished by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey Published simultaneously in Canada [10] Mohinder Jankiraman (2004) Space-Time Codes and MIMO Systems Artech house universal personal communication series [11](Jun 2005) Space Time Processing for MIMO Communications, Artech house pp 238-330 [12] Yavuz Yapici, V-BLAST/MAP: A new symbol detection algorithm for MIMO channels, 2005 [13] David Tse, University of California, Berkeley, Pramod Viswanath, University of Illinois, Urbana-Champaign; Fundamentals of Wireless Communications; 2004 [14] Mt s ngun t liu ly t mt s trang Web trờn internet !