Ứng dụng giải thuật V-BlAST nhằm cải thiện chất lượng hệ thống MIMO

Header Page of 126 B GIO DC V O TO I HC NNG Cụng trỡnh ủc hon thnh ti I HC NNG TRN èNH NGA Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS TNG TN CHIN NG DNG GII THUT V-BLAST NHM CI THIN CHT LNG H THNG MIMO Chuyờn ngnh: K thut ủin t Phn bin 1: PGS.TS Nguyn Vn Tun Phn bin 2: TS Lng Hng Khanh Mó s: 60.52.70 TểM TT LUN VN THC S K THUT Nng - Nm 2012 Footer Page of 126 Lun ủc bo v trc Hi ủng chm Lun tt nghip thc s k thut hp ti i hc Nng vo ngy 11 thỏng 11 nm 2012 Cú th tỡm hiu lun ti: - Trung tõm Thụng tin - Hc liu, i hc Nng - Trung tõm Hc liu, i hc Nng Header Page of 126 M U Tớnh cp thit ca ủ ti : Cựng vi s phỏt trin ca xó hi, xó hi húa thụng tin ủang hm s m cựng s lng ng ten ca mỏy phỏt dung hũa gia ủ phc v hiu nng, mt s cu trỳc b tỏch súng da trờn BLAST (Bell Labs Layered Space Time) nh D-BLAST (Diagonal l nhu cu cp bỏch cn ủc ủỏp ng Trong xó hi thụng tin ủú ni bt nht l thụng tin di ủng tớnh linh hot, mm do, di ủng, tin li ca nú Nh vy nhu cu v s dng h thng thụng tin di ủng ngy cng gia tng ủiu ny ủng ngha vi nhu cu chim dng ti BLAST) ủó ủc ỏp dng Tuy ủt ủc 90% dung lng theo lý thuyt Shanon, nhng h thng s dng D-BLAST cũn nhc ủim l ủ phc cao , nờn k thut V-BLAST (Vertical BLAST) ủó ủc phỏt trin v ng dng tỏch súng tớn hiu h thng nguyờn vụ tuyn gia tng Nhng ủc ủim ca truyn dn vụ tuyn l ti nguyờn hn ch, cht lng ph thuc nhiu vo mụi trng: hỡnh, thi tit dn ủn lm hn ch trin khai ủỏp ng nhu cu ca xó hi ca cỏc nh cụng nghip v dch v vin thụng MIMO Cỏc quy tc tỏch súng nh ML(Maximum Likelihood), MAP ( Maximum a posteriori probability), l mt gii phỏp tỏch súng tớn hiu hn cho h thng thụng tin khụng dõy bng rng tng lai ó cú nhiu nghiờn cu kt hp k thut V-BLAST vi mỏy thu ZF Trc mõu thun ny, ủt bi toỏn cho cỏc nh khoa hc v cỏc ngnh cụng nghip cú liờn quan phi gii quyt Chng hn núi ủn ủ ti nguyờn vụ tuyn, chỳng ủc gii quyt bng cỏc gii phỏp k thut, cụng ngh nh: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, s kt hp gia chỳng ủó tỡm mi cỏch ủ khai thỏc trit ủ ti nguyờn dng thi gian, tn s, khụng gian, mó Cỏc cỏc cụng ngh thớch ng, cp phỏt ti nguyờn ủng, c ch ủiu khin lung, cụng ngh IP, mỏy thu phỏt thụng minh, l nhng minh ủin hỡnh cho ủ ny H thng MIMO cú th tng ủỏng k tc ủ truyn d liu, gim BER, tng vựng bao ph h thng vụ tuyn m khụng cn tng cụng sut hay bng thụng h thng Bờn cnh vic tng dung lng, k thut truyn dn ghộp kờnh khụng gian cho phộp ủt ủc tc ủ cao nh truyn s liu song song t cỏc ng ten phỏt Ti mỏy thu, cỏc lung d liu ủc tỏch thụng qua cỏc dóy ký t kờnh khụng gian khỏc nhau, mc du chỳng ủc truyn ủi vi cựng tn s Ngi ta ủó s dng cỏc b tỏch hp lý cc ủi cú ủ li phõn ti ủ ủt ủc hiu nng ti u, song ủ phc tng theo (Zero Forcing) kờnh MIMO to thnh gii thut V-BLAST/ZF, hay vi MMSE (Minimum Mean Square Error) to thnh gii thut V-BLAST/MMSE S kt hp cỏc gii thut tỏch súng trờn ủó nõng cao hn na hiu nng ca h thng MIMO Tuy nhiờn, vic nghiờn cu dung hũa cỏc gii thut trờn vi quy tc tỏch súng nhm ci thin cht lng h thng MIMO cũn l ủ ủ nghiờn cu Trờn c s phõn tớch trờn, ta chn ủ ti ng dng gii thut V-BLAST nhm ci thin cht lng h thng MIMO l hp lý nht Mc ủớch nghiờn cu : Lun ủc thc hin vi mc ủớch nghiờn cu cỏc gii thut V-BLAST khỏc nhm ci thin cht lng h thng MIMO i tng v phm vi nghiờn cu : Tp trung chớnh vo ủi tng nghiờn cu l b tỏch súng MIMO V-BLAST trờn c s: - Cỏc ủc tớnh ca kờnh truyn vụ tuyn - H thng MIMO Footer Page of 126 - Kin trỳc V- BLAST Cỏc gii thut tỏch súng MIMO V-BLAST Header Page of 126 Phng phỏp nghiờn cu: Thu thp, phõn tớch cỏc ti liu v thụng tin liờn quan ủn ủ ti CHNG C TNH KấNH Vễ TUYN DI NG Nghiờn cu, xõy dng lu ủ thut toỏn, vit chng trỡnh trờn Matlab í ngha khoa hc v thc tin ca ủ ti: K thut MIMO ủó ci thin ủc ủỏng k cht lng h thng thụng tin di ủng Tuy nhiờn vic x lý tớn hiu h thng ny cũn nhiu phc Nhm khai thỏc trit ủ cỏc ti nguyờn h thng MIMO, ủ ti s cỏc gii phỏp giỳp tỏch súng MIMO ủt hiu nng cao hn m ủ phc ca mỏy thu khụng cao Nõng cao cht lng ca h thng thụng tin vụ tuyn, nht l thụng tin di ủng ủang ủc cỏc nh nghiờn cu quan tõm S ủi ca mng thụng tin di ủng th h th (4G LTE) ủó ủ xut ng dng k thut MIMO OFDM cho tuyn xung (downlink) Trong h thng MIMO bi toỏn tỏch tớn hiu hiu qu ghộp kờnh khụng gian nhm khai thỏc trit ủ dung lng cú ca nú cú tớnh cht quyt ủnh Cỏc thut toỏn tỏch tớn hiu ghộp kờnh khụng gian thng cú ủ phc cao, vỡ vy nghiờn cu ng dng tỏch súng MIMO VBLAST s cho thy ủc nhng u v nhc ủim ca cỏc thut toỏn tỏch súng khỏc v ủ xut gii phỏp cú ủ phc thp hn cho mỏy thu m cht lng ca tớn hiu ủc ủm bo Kt cu ca lun vn: Ngoi phn m ủu, kt lun, ti liu tham kho, lun gm cỏc phn chớnh sau: Chng - c tớnh kờnh vụ tuyn di ủng Chng - K thut phõn v mụ hỡnh h thng MIMO Chng - Tỏch súng V-BLAST h thng MIMO Chng - Mụ phng tỏch súng h MIMO V-BLAST Footer Page of 126 Chng ny s trung trỡnh by v cỏc ủc tớnh c bn v nhng nh hng ca kờnh vụ tuyn di ủng ủn cht lng tớn hiu cng nh dung lng ca h thng Xột hai kiu phõn b Rayleigh v Rician ủ thy ủc s bin ủi ca tớn hiu truyn trờn hai kờnh phaủinh ny Cỏc thụng s ca kờnh phaủinh ủng v mụ hỡnh ủỏp ng xung ca kờnh ny Cui cựng l phn trỡnh by v mụ hỡnh kờnh MIMO, kờnh truyn ủc s dng ủ mụ phng ca lun 1.1 Khỏi quỏt kờnh vụ tuyn di ủng Nghiờn cu v cỏc ủc tớnh kờnh thụng tin vụ tuyn cú tm quan trng rt ln vỡ nú nh hng trc tip ủn cht lng truyn dn tớn hiu Mt s nhõn t lm nh hng ủn truyn dn tớn hiu mụi trng vụ tuyn nh: - Suy hao - Che chn - Phaủinh ủng v phõn tỏn thi gian - Nhiu 1.2 Phõn b Rayleigh v phõn b Ricean[1] Tựy theo hỡnh kờnh truyn m gia mỏy phỏt v mỏy thu cú th tn ti hoc khụng tn ti ủng truyn thng LOS v cỏc ủng khụng truyn thng NLOS Trờn c s ủú, ta chia lm hai loi kờnh truyn phaủinh Rayleigh v phaủinh Ricean trờn c s hai kiu phõn b tng ng 1.2.1 Phõn b Rayleigh Phõn b Rayleigh thng ủc dựng ủ mụ t bn cht thay ủi theo thi gian ca ủng bao tớn hiu phaủinh phng thu ủc hoc ủng bao ca mt thnh phn ủng riờng l Phõn b Rayleigh cú hm mt ủ xỏc sut: Header Page of 126 r r2 exp( ), (0 r ) p(r ) = 2 , (r < 0) 1.3.3 Ph Doppler (1.1) Vi l giỏ tr rms (hiu dng) ca ủin th tớn hiu nhn ủc trc b tỏch ủng bao (evelope detection), l cụng sut trung bỡnh 1.3.4 Tri Doppler v thi gian kt hp 1.4 Mụ hỡnh ủỏp ng xung ca kờnh phaủinh[1] Ta gi s rng cú N tia ủn mỏy thu, tớn hiu ủu ca kờnh nh sau: N y(t)= theo thi gian (a (t ) x(t n =1 1.2.2 Phõn b Ricean Trong trng hp phaủinh Rayleigh, khụng cú thnh phn tớn hiu ủn trc tip mỏy thu m khụng b phn x hay tỏn x (thnh Hm mt ủ phõn b xỏc sut ca phõn b Ricean: r ( r + A2 ) Ar I ( A 0, r 0) p ( r ) = e r