Nghiên cứu các phương pháp tách tín hiệu trong hệ thống mimo

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NG èNH IP NG èNH IP IN T VIN THễNG NGHIấN CU CC PHNG PHP TCH TN HIU TRONG H THNG MIMO LUN VN THC S KHOA HC IN T VIN THễNG KHO: 2009-2011 H Ni Nm 2011 B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NG èNH IP NGHIấN CU CC PHNG PHP TCH TN HIU TRONG H THNG MIMO Chuyờn ngnh : IN T VIN THễNG LUN VN THC S KHOA HC IN T VIN THễNG NGI HNG DN: TS H DUYấN TRUNG H Ni Nm 2011 TểM TT LUN VN TểM TT LUN VN THC S ti: Nghiờn cu cỏc phng phỏp tỏch tớn hiu h thng MIMO Tỏc gi lun vn: NG èNH IP Khúa: 2009-2011 Ngi hng dn: TS H DUYấN TRUNG Ni dung túm tt: a) b) c) d) e) Lý chn ti Mc ớch nghiờn cu ca lun vn, i tng, phm vi nghiờn cu Túm tt cụ ng cỏc ni dung chớnh v úng gúp mi ca tỏc gi Phng phỏp nghiờn cu Kt lun Ngy nay, nhu cu v thụng tin di ng, nhu cu v dung lng mng khụng dõy ngy cng tng nhanh Cỏc cụng trỡnh nghiờn cu ca Foschini v Gan nm 1998 hay Telatar nm 1999 ó chng minh c dung lng kờnh truyn tng tuyn tớnh theo s anten ti thiu s dng phớa thu hay phỏt Vic s dng nhiu anten cỏc mỏy thu phỏt m mt phng phỏp truyn dn tớn hiu mi l phng phỏp truyn dn khụng gianthi gian, tớn hiu truyn qua cỏc anten c mó hoỏ trờn c hai thi gian v khụng gian Nh cỏc phng phỏp x lý thớch hp mỏy thu cho phộp thu c li phõn khụng gian t l vi s lng anten s dng, v vỡ vy, gim thiu sai s truyn dn Mt vớ d in hỡnh v truyn dn khụng gian-thi gian l cỏc h thng thụng tin a u voa u (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) v cỏc h thng mó khụng gian-thi gian (STC: Space-Time Codes) Trong vic tỡm cỏch truyn dn hiu qu trờn kờnh MIMO thỡ phõn kờnh theo khụng gian (SDM: Spatial Division Multiplexing) l mt phng phỏp c núi n õy l phng phỏp trung vo vic gia tng tc truyn dn bng cỏch truyn mt lot cỏc lung tớn hiu c lp qua cỏc anten v s dng mỏy NG èNH IP TểM TT LUN VN thu cú phc no ú trỡ t s li bit cho phộp nhm thu c li ghộp kờnh Trong h thng MIMO-SDM, iu quan trng nht l thit k b tỏch tớn hiu mỏy thu Cỏc b tỏch tớn hiu ny c chia thnh hai loi bao gm b tỏch tớn hiu tuyn tớnh v b tỏch tớn hiu phi tuyn Cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh nh ZF, MMSE cũn cỏc b tỏch tớn hiu phi tuyn nh QR, ML, V-BLAST Trong ú, cỏc b tỏch tớn hiu phi tuyn nhỡn chung cú phm cht tt hn so vi cỏc b tỏch tuyn tớnh Nhng xột v phc ca thut toỏn thỡ cỏc b tỏch phi tuyn cú phc ln hn cỏc b tỏch tuyn tớnh Mc dự vy, kt hp tt nht gia hai yu t ú thỡ thc t v mt s h thng ngi ta s dng cỏc b tỏch phi tuyn cỏc mỏy thu Lun s thc hin so sỏnh v ỏnh giỏ cỏc b tỏch tớn hiu mỏy thu h thng MIMO trờn kờnh truyn cú phõn b Rayleigh, vi cỏc iu kin nhiu l AWGN, nng lng truyn t bt kỡ antenna phỏt ti bt kỡ antenna thu no cng ging nhau, thụng tin kờnh truyn c bit rừ ti u thu Vic mụ phng c thc hin trờn phn mm Matlab D liu u vo l cỏc chui thụng tin, qua kờnh truyn ti mỏy thu, b tỏc ng bi nhiu AWGN Fading õy c mụ phng l flat-fading cú phõn b Rayleigh Vi kt qu mụ phng , biu din BER (bit error ratio) theo ng SNR (signal to noise ratio), ta s thy s ci thin ỏng k ca h thng MIMO so vi h thng truyn thng H Ni, Ngy thỏng Ngi nhn xột NG èNH IP nm 2011 Ngi hng dn LI NểI U LI NểI U Ngy nay, nhu cu v thụng tin di ng, nhu cu v dung lng mng khụng dõy ngy cng tng nhanh Cựng vi s phỏt trin ca khoa hc k thut, th gii ang c chng kin s phỏt trin vt bc ca cụng ngh thụng tin vụ tuyn Mt s rt nhiu cỏc kt qu nghiờn cu ni bt l vic s dng h thng kờnh truyn vụ tuyn nhiu anten mỏy thu v mỏy phỏt nhm nõng cao dung lng kờnh truyn v ci tin cht lng truyn dn tớn hiu Cỏc cụng trỡnh nghiờn cu ca Foschini v Gan nm 1998 hay Telatar nm 1999 ó chng minh c dung lng kờnh truyn tng tuyn tớnh theo s anten ti thiu s dng phớa thu hay phỏt Vic s dng nhiu anten cỏc mỏy thu phỏt m mt phng phỏp truyn dn tớn hiu mi l phng phỏp truyn dn khụng gian-thi gian, tớn hiu truyn qua cỏc anten c mó hoỏ trờn c hai thi gian v khụng gian Nh cỏc phng phỏp x lý thớch hp mỏy thu cho phộp thu c li phõn khụng gian t l vi s lng anten s dng, v vỡ vy, gim thiu sai s truyn dn Mt vớ d in hỡnh v truyn dn khụng gian-thi gian l cỏc h thng thụng tin a u vo-a u (MIMO: Multiple-Input MultipleOutput) v cỏc h thng mó khụng gian-thi gian (STC: Space-Time Codes).Tuy nhiờn, kt qu nghiờn cu thc t ca Foschini cho thy t c dung lng kờnh truyn MIMO ta phi kt hp vi cỏc phng phỏp mó hoỏ v thut toỏn phc hay gi chm khụng cú gii hn Trong vic tỡm cỏch truyn dn hiu qu trờn kờnh MIMO thỡ phõn kờnh theo khụng gian (SDM: Spatial Division Multiplexing) l mt phng phỏp c núi n õy l phng phỏp trung vo vic gia tng tc truyn dn bng cỏch truyn mt lot cỏc lung tớn hiu c lp qua cỏc anten v s dng mỏy thu cú phc no ú trỡ t s li bit cho phộp nhm thu c li ghộp kờnh Trong h thng MIMO-SDM, iờự quan trng nht l thit k b tỏch tớn hiu mỏy thu Cỏc b tỏch tớn hiu ny c chia thnh hai loi bao gm b tỏch NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 LI NểI U tớn hiu tuyn tớnh v b tỏch tớn hiu phi tuyn Cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh nh ZF, MMSE cũn cỏc b tỏch tớn hiu phi tuyn nh QR, ML, V-BLAST Trong ú, cỏc b tỏch tớn hiu phi tuyn nhỡn chung cú phm cht tt hn so vi cỏc b tỏch tuyn tớnh Nhng xột v phc ca thut toỏn thỡ cỏc b tỏch phi tuyn cú phc ln hn cỏc b tỏch tuyn tớnh Vi yờu cu nh vy, ỏn ca tụi Nghiờn cu cỏc phng phỏp tỏch tớn hiu h thng MIMO vi nhim v nghiờn cu tng quan v h thng MIMO v cỏc phng phỏp tỏch tớn hiu tuyn tớnh v phi tuyn , mụ phng ỏnh giỏ phm cht cỏc b tỏch tin hiu ỏn ó hon thnh theo ỳng tin v c bn t c nhng mc tiờu t Mc dự ó cú s c gng nhng hiu bit v thi gian cú hn, chc chn ỏn khụng trỏnh nhng thiu sút Em rt mong nhn c s quan tõm v nhng ý kin quý bỏu t phớa cỏc thy Em xin chõn thnh cm n thy giỏo hng dn TS H Duyờn Trung ó tn tỡnh giỳp em thi gian lm ỏn! NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 MC LC MC LC LI NểI U MC LC DANH SCH CC T VIT TT .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED DANH SCH HèNH V PHN M U 11 CHNG 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 KấNH TRUYN THễNG TIN Vễ TUYN 13 TN HAO NG TRUYN 13 1.1.1 Mụ hỡnh truyn súng khụng gian t 14 1.1.2 Mụ hỡnh truyn súng trờn vựng t phng 16 FADING A NG V HU QU TRUYN SểNG FADING A NG 17 1.2.1 Doppler spread 18 1.2.2 Tri tr (Delay spread) 19 HIU NG DOPPLER 20 TP M AWGN (TP M GAUSS CNG TRNG) 21 CC Mễ HèNH KấNH C BN 25 1.5.1 Kờnh fading Rice 26 1.5.2 Kờnh fadinh Rayleigh 27 CHNG THI GIAN CC K THUT THU PHT PHN TP KHễNG GIAN 31 2.1 CC PHNG PHP PHN TP C BN 31 2.1.1 Phõn thi gian 31 2.1.2 Phõn tn s 32 2.1.3 Phõn phõn cc 32 2.1.4 Phõn khụng gian 32 2.2 K THUT KT HP PHN TP KHễNG GIAN THU 33 2.2.1 Mụ hỡnh tớn hiu 33 2.2.2 Kt hp chn lc (Selection Combining) 34 2.2.3 Kt hp t l ti a (Maximal Ratio Combining) 38 2.2.4 Kt hp ng li (Equal Gain Combining) 47 2.2.5 So sỏnh phng phỏp phõn 51 NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 MC LC 2.3 K THUT KT HP PHN TP KHễNG GIAN PHT 52 2.3.1 Phõn phỏt t l ti a (MRT) 52 2.3.2 Phõn phỏt gi chm 54 2.3.3 Phõn phỏt khụng gian thi gian 56 2.4 KT LUN 64 CHNG SDM H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO66 3.1 3.2 TNG QUAN V H THNG MIMO 66 Mễ HèNH KấNH MIMO 67 3.2.1 Tớn hiu phỏt 67 3.2.2 Kờnh truyn 68 3.2.3 Tp õm mỏy thu 69 3.2.4 Tớn hiu thu 69 3.3 DUNG LNG KấNH MIMO 71 3.3.1 Dung lng kờnh truyn c nh 71 3.3.2 H thng MIMO - SVD ( Singular Value Decomposition ) 76 3.3.3 Dung lng kờnh truyn rayleigh fading 91 3.4 CC PHNG PHP TRUYN DN TRấN KấNH TRUYN MIMO 93 3.5 PHAN KENH THEO KHONG GIAN 94 3.6 CC B TCH TN HIU TUYN TNH 96 3.6.1 B tỏch tớn hiu ZF 98 3.6.2 B tỏch tớn hiu MMSE 101 3.6.3 B tỏch tớn hiu ZF-SIC 105 3.6.4 B tỏch tớn hiu ZF-SIC with Optimal Ordering 106 3.6.5 Cỏc tham s phm cht b tỏch tớn hiu tuyn tớnh 108 3.6.6 ỏnh giỏ phm cht cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tinh h thng MIMO-SDM 110 3.7 CC B TCH TN HIU PHI TUYN 115 3.7.1 B tỏch tớn hiu QRD 115 3.7.2 B tỏch tớn hiu MLD 119 3.7.3 B tỏch tớn hiu V-BLAST 121 KT LUN 131 TI LIU THAM KHO 132 NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 DANH SCH CC T VIT TT DANH SCH CC T VIT TT 3G Third Generation Th h th AWGN Additive White Gaussian Noise Tp õm Gauss trng cng BER Bit Error Rate T l li bit BS Base Station Trm gc BPSK Binary Phase Shift Keying Khúa dch pha nh phõn CDMA Code Division Multiple Access a truy nhp phõn chia theo mó EGC Equal Gain Combining Phõn ng li FDD Frequency Division Duplex Song cụng phõn chia theo tn s FIR Finite Impulse Response B lc cú ỏp ng xung hu hn FSK Frequency Shift Keying Khúa dch tn GSM Global System For Mobile H thng thụng tin di ng ton cu IP Internet Protocol Giao thc internet LS Least Square Bỡnh phng nh nht MAP Maximum a Posteriori Probability Xỏc sut hu nghim ti a NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM 3.7.2 B tỏch tớn hiu MLD Gi s tớn hiu phỏt c iu ch bi phng phỏp Mc PSK hay Mc QAM, chỳng ta thy vector tớn hiu phỏt s thuc hp {sl , l = 1, 2, , M cN } B tỏch tớn hiu MLD (Maximum Likelihood Detection: tỏch tớn hiu hp l ti a) s dng tiờu chun xỏc sut hu nghim ti a (MAP: Maximum a Posteriori Probability) ti a húa xỏc sut c lng ỳng vector tớn hiu phỏt s vi iu kin bit c tớn hiu thu y v ma trn kờnh truyn H, tc l xỏc sut hu nghim (posterior probability) P r {s l | y , H } (3.113) S dng nh lut Bayes chỳng ta cú th biu din xỏc sut hiu nghim ny nh sau P r {sl | y, H } = p ( y | sl , H )P r {sl } p(y | H ) (3.114) ú p ( y | sl , H ) l hm mt xỏc sut (PDF) cú iu kin ca vector tớn hiu thu y cho trc s l v H Gi s rng tớn hiu cú xỏc sut nh ta cú P r {s l } = M cN Hn na, ý rng p (y | H )khụng ph thuc vo s nờn lut tỏch tớn hiu da vo ti a húa P r {s l | y , H } tng ng vi ti a húa hm mt xỏc sut cú iu kin p ( y | sl , H ), tc l chỳng ta cn tỡm vector s = arg max {p ( y | sl , H )} sl ẻ A (3.115) Trong ú A biu din chũm tớn hiu (signal constellation) Hm PDF cú iu kin p ( y | sl , H ) thng c gi l hm hp l (likelihood function) vỡ vy NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 119 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM phng phỏp tỏch tớn hiu ny c gi l phng phỏp tỏch tớn hiu hp l ti a Do H bit trc v cỏc thnh phn ca z l cỏc bin ngu nhiờn Gauss vi giỏ tr trung bỡnh v phng sai s z2 nờn vector thu y l mt vector Gauss phc cú giỏ tr trung bỡnh E {y } = Hs l v ma trn tng quan R yy = E {[y - Hs l ][y - Hs l ]H }= R zz = s z2I (3.116) Nh vy, chỳng ta cú th biu din p ( y | sl , H ) nh sau: p ( y | sl , H ) = ( p )2N exp (- [y - H s l ]H R zz- [y - H s l ]) det (R zz ) ổ y - H sl = N 2P exp ỗỗỗố s z2 p sz 2 ữ ữ ữ ứ (3.117) Do ú, tỏch tớn hiu s l s dng phng phỏp MLD thụng qua ti a húa hm ổ y - H sl PDF cú iu kin ( hm hp l ) N 2P exp ỗỗs z2 p sz ốỗ 2 ữ tung ng vi vic ữ ữ ứ ti thiu húa bỡnh phng khong cỏch gia vector y v Hs l tc l s = arg { y - H s l sl ẻ A 2 } (3.118) Núi cỏch khỏc b tỏch tớn hiu MLD cn thc hin phộp th vi M cN t hp ca s l v chn vector cho khong cỏch nh nht lm vector tớn hiu tỏch c Phng phỏp tỏch tớn hiu MLD cho kt qu BER ti u v vỡ vy b tỏch tớn hiu MLD cũn c gi l b tỏch tớn hiu ti u (optimum detector) Tuy nhiờn, b tỏch tớn hiu MLD chu phi nhc im v yờu cu tớnh toỏn ln Do phi thc hin M cN phộp th nờn b tỏch tớn hiu MLD cú bc phc O (M cN ) Vi cỏc h NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 120 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM thng MIMO s dng nhiu anten v cú bc iu ch cao, phc tớnh toỏn ny quỏ cao vỡ vy m b tỏch tớn hiu MLD ớt c s dng thc t Gii phỏp thay th cho phộp chỳng ta thu c BER gn vi b tỏch tớn hiu MLD l s dng cỏc phng phỏp kt hp MMSE vi trit nhiu ni tip (SIC: Successive Interference Cancellation), s dng phng phỏp kt hp tỏch tớn hiu MMSE vi trit nhiu song song (PIC: Parallel Interference Cancellation), hay s dng phng phỏp kt hp MMSE v MLD Ngoi ra, gn õy thut toỏn gii mó cu (sphere decoding) cng c xut ỏp dng vo cỏc b tỏch tớn hiu MLD cho phộp gim ỏng k phc tớnh toỏn Mt xu hng khỏc cng ang c quan tõm l s dng kt hp phng phỏp LR (Lattice Reduction: rỳt gn dn) kt hp vi cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh cho phộp thu c ng BER tim cn vi ng BER ca phng phỏp MLD khụng ũi hi thờm ỏng k tớnh toỏn 3.7.3 B tỏch tớn hiu V-BLAST 3.7.3.1 Khỏi nim v b tỏch tớn hiu V-BLAST B tỏch tớn hiu V-BLAST (Vertical Bell-Labs Layered Space-Time) c phũng thớ nghim Bell-Labs ca M xut cho cỏc h thng MIMO-SDM nm 1998 V bn cht b tỏch tớn hiu V-BLAST tng t nh cỏc b tỏch tớn hiu phi tuyn s dng phng phỏp trit nhiu ni tip ( SIC: Successive Interference Cancellation ) cỏc h thng CDMA (Code Division Multiple Access) Nguyờn lý ca b tỏch tớn hiu V-BLAST cng tng t nh b tỏch tớn hiu QR Tc l, s dng phng phỏp tỏch tớn hiu vũng lp, ú ti mi vũng lp s ch cú tớn hiu ca mt lp c tỏch Tớn hiu tỏch c ca mt lp sau ú c phn hi li trit tiờu tớn hiu thu nhm loi b nh hng ca nú n quỏ trỡnh tỏch tớn hiu ca lp cũn li Tuy nhiờn, khỏc vi phng phỏp QR, b tỏch tớn hiu VBLAST khụng s dng phng phỏp phõn tớch QR nờn tớn hiu ca lp c tỏch NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 121 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM trc b nh hng ca tt c cỏc lp cũn li nhiu hn so vi cỏc lp tỏch sau Gi s, tớn hiu tỏch c cỏc lp l chớnh xỏc thỡ sau phn hi li, thnh phn ca chỳng s c trit tiờu hon ton tớn hiu thu v nh vy tớn hiu ca lp tỏch sau cựng s khụng b nh hng nhiu t cỏc lp khỏc Gii thớch theo k thut x lý tớn hiu khụng gian thỡ t c tng dn theo vũng lp, v cỏc lp tớn hiu c tỏch sau s cú li th v t ca mng anten thu Kt qu l chỳng s cú phm cht li tt hn V mt trc giỏc, chỳng ta cú th thy rng cỏc lp tớn hiu khe nờn c tỏch trc, cỏc lp yu nờn c tỏch sau Trong thụng tin, iu ny tng ng vi vic chn cỏc lp cú t s SINR cao tỏch trc Do t s SINR t l nghch vi sai s bỡnh phng trung bỡnh (MSE) c th l: z n2 MSE n = + SINR n (3.119) nờn thay cho vic tỡm lp cú SINR m ax cỏc tỏc gi ca V-BLAST ó xut s dng phng phỏp tỡm MSE t ma trn kờnh truyn cú th tớnh toỏn c mt cỏch d dng Nh vy, ti mi vũng lp b tỏch tớn hiu V-BLAST tớnh toỏn sai s bỡnh phng trung bỡnh (MSE) gn vi vic tỏch tớn hiu ca tng lp ri chn lp tng ng vi MSE tỏch Sau loi b thnh phn ca tớn hiu lp ó c tỏch ra, quỏ trỡnh ny li c lp li cho n tớn hiu ca tt c cỏc lp ó c tỏch xong gim bt phc tớnh toỏn, vic tỏch tớn hiu ca tng lp c tin hnh da trờn cỏc phng phỏp tuyn tớnh MMSE hay ZF Vỡ vy, b tỏch tớn hiu VBLAST cũn c gi l b tỏch tớn hiu kt hp MMSE-SIC hay MMSE-ZF 3.7.3.2 Nguyờn lý hot ng ca b tỏch tớn hiu V-BLAST Biu din {k1, k2, K , kN } l mt trỡnh t sp xp li ca cỏc ch s anten phỏt 1, 2, K , N xỏc nh th t tỏch cỏc du phỏt si thuc s Ti vũng lp th i , b NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 122 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM tỏch tớn hiu V-BLAST tớnh toỏn sai s MSE tng ng vi tt c cỏc tớn hiu phỏt ski nh sau {MSE j } = diag {H (H ) }, j = 1, 2, K , N - + i H (3.120) v chn lp cú MSE nh nht, tc l ki = arg {MSE j , j = 1, 2, K , N - + i } j (3.121) õy diag {f } l mt hm Matlab biu din phộp toỏn ly cỏc phn t ng chộo ca ma trn bờn du ngoc; MSE j c tớnh toỏn theo mt hai cụng thc sau: ỡù MSE = s 2w H w = s (h H h )n z n n z n n ùù ùù MSE = z (1 - h H w ) n n n ùợ (3.122) Sau ó xỏc nh c lp ki vi MSE , b tỏch tớn hiu s dng phng phỏp tỏch tớn hiu tuyn tớnh tỏch tớn hiu tng ng vi lp ó xỏc nh c ski = Q {w kHi y (i ) } (3.123) dú w ki l ct th ki ca ma trn trng s W c tớnh toỏn bng phng phỏp ZF theo cụng thc sau: W = H H = H H (H H H - ) ,M N hay bng phng phỏp MMSE cụng thc sau: W = (H H H + s z2I M NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 123 - ) HL (3.124) CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM = (z 2H H H + s z2I M - ) Hz (3.125) Trong k thut x lý anten thớch nghi, thao tỏc ny cũn c gi l nulling Tip theo, tớn hiu tỏch c ski c phn hi li b tỏch tớn hiu tuyn tớnh trit tiờu (cancellation) vector tớn hiu thu vũng lp tỏch tớn hiu tip theo: y (i + ) = y (i ) - ski h ki (3.126) Trong ú h ki l vector c xõy dng t ct ki ca ma trn H Cỏc thao tỏc nulling and cancellation ny c lp li cho n tớn hiu ca tt c cỏc anten phỏt ó c tỏch xong Thut toỏn tỏch tớn hiu V-BLAST c túm tt sau õy: Thut toỏn tỏch tớn hiu V-BLAST : (1) BEGIN: Input y, H , N , , z2 (2) For i = to N (3) G = H+ (4) {MSE } = (5) kmin = agrmin {MMSE j } (6) If ZF then j diag {GG H } k = g kH (7) Elseif MMSE then NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 124 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM k = ( HH H + z2 I ) hk min (8) End (6) H skmax = Q {max y} (9) y = y hkmin smin (10) hkmin = [ ] (Remove kmin th colum of H ) (11) skmin = [ ] (Remove kmin th colum of (12) End (13) END: Output s s) 3.7.3.3 ỏnh giỏ phm cht h thng V-BLAST So vi cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh MMSE hay ZF, b tỏch tớn hiu VBLAST yờu cu lng phc tớnh toỏn ln hn Tuy nhiờn, lng tớnh toỏn gia tng ny cú th chp nhn c Ngoi ra, nu xột v bc tớnh toỏn thỡ b tỏch tớn hiu V-BLAST cng cú cựng bc tớnh toỏn ging nh ca cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh, tc l O(M3) Thng thỡ nhng b tỏch tớn hiu phi tuyn s cú phm cht v BER tt hn nhng li cú phc tớnh toỏn ln hn so vi cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh Nhng vi b tỏch tớn hiu V-BLAST thỡ i li cho phn gia tng tớnh toỏn, phm cht BER ca b tỏch tớn hiu V-BLAST c ci thin hn rt nhiu so vi cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh T nhng nhn xột trờn ta thy rng b tỏch tớn hiu V-BLAST s dng phng phỏp MMSE cho phm cht BER tt kt hp vi phc tớnh toỏn thp lm cho nú tr thnh mt hng ang c nghiờn cu rt nhiu cú th ng dng vo NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 125 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM tỏch tớn hiu cỏc h thng MIMO-SDM V-BLAST c chia lm hai loi V-BLAST-ZF v V-BLAST-MMSE c bit chỳng ta cú th nhn thy l b tỏch tin hiu V-BLAST s dng phng phỏp MMSE cho phm cht BER vt tri hn rt nhiu so vi cỏc b tỏch tớn hiu khỏc u im v phm cht BER tt kt hp vi phc thut toỏn thp lm cho b tỏch tớn hiu VBLAST tr thnh la trn tt nht tỏch tớn hiu cỏc h thng MIMOSDM 3.7.3.4 Mụ phng h thng V-BLAST s dng MATLAB õy l chg trỡnh mụ phng t l BER ca h thng kờnh MIMO theo t s tớn trờn tớnh theo dB (EbNodB) vi hai anten phỏt (N = 2) v hai anten thu.(M = 2) õy ta chn di EbNodB t n 30 (dB), s lng bit ca mt d liu (BlkSize) truyn trờn mt anten l 1000 bit v s d liu kho sỏt (IterNo) l 10000 D liu c iu ch theo phng phỏp BPSK v thc hin tỏch súng theo thut toỏn tỏch tớn hiu V-BLAST Kt qu mụ phng cho h thng MIMO 2x2 s dng V-BLASTMMSE v V-BLAST-ZF NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 126 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM Hỡnh 3.26 Kt qu mụ phng cho h thng MIMO 2X2 s dng V-BLAST-MMSE v V-BLAST-ZF H thng ch s dng hai anten phớa mỏy phỏt v hai anten phớa mỏy thu Quan sỏt trờn Hỡnh 3.26 ta cú th nhỡn thy d dng t l li bit theo t s Eb/No ca hai h thng trng hp ny Do u im vt tri ca MMSE so vi ZF l ó loi b c õm nờn s dng cho h thng V-BLAST thỡ VBLAST-MMSE cho kt qu tt hn hn Vi cựng t l li bit l 10-4 thỡ phng phỏp V-BLAST-MMSE cú t s Eb/No l 25 dB cũn V-BLAST-ZF l hn 30 dB Nh vy hai h thng ny liờn lc vi cựng t l li bớt thỡ h thng VBLAST-ZF cn mt cụng sut ln hn rt nhiu Tuy vy õy ch l h thng vi hai anten phỏt v hai anten thu nờn nh hng ca õm cú th khụng NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 127 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM nhiu Ta th xột trng hp h thng vi bn anten phỏt v bn anten thu sau õy Mụ phng h thng V-BLAST s dng anten thu v anten phỏt : Chng trỡnh ny kho sỏt t l li bit ca mt trng hp kờnh MIMO Nhng cng vi mc ớch so sỏnh phm cht li bit gia cỏc kờnh MIMO tng s lng anten thu phỏt nờn v cu hỡnh mụ phng, ta ch tng s lng anten thu phỏt v gi nguyờn cỏc tham s mụ phng C th l N = 4, M = 4, BlkSize = 1000, IterNo = 10000, iu ch theo phng phỏp BPSK v gi nguyờn thut toỏn tỏch tớn hiu Kt qu mụ phng cho h thng V-BLAST 4 Hỡnh 3.27 Kt qu mụ phng cho h thng V-BLAST 2x2 v 4x4 NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 128 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM Trong trng hp ny ta kho sỏt h thng vi s lng anten phỏt v anten thu ln hn, bn anten phỏt v bn anten thu Tuy vy mt ln na ch cú V-BLAST-MMSE mi cú phm cht tt hn, ng biu din trng hp ny dc hn so vi trng hp V-BLAST2x2MMSE, cng t l li bit l 10-4 thỡ t s Eb/No ch vo khong 16dB (vi V-BLAST2x2MMSE l 25dB) Cũn V-BLAST-ZF cú ng biu din thay i khụng ỏng k iu ny mt ln na khng nh u im vt tri ca V-BLAST-MMSE so vi V-BLASTZF cng nh u im ca b tỏch tuyn tớnh MMSE so vi b tỏch ZF 3.7.3.5 So sỏnh phm cht h thng gia V-BLAST, ZF, MMSE õy l chg trỡnh mụ phng t l BER ca h thng kờnh MIMO theo t s tớn trờn tớnh theo dB (EbNodB) vi hai anten phỏt (N = 4) v hai anten thu.(M = 4) õy ta chn di EbNodB t n 30 (dB), s lng bit ca mt d liu (BlkSize) truyn trờn mt anten l 1000 bit v s d liu kho sỏt (IterNo) l 10000 D liu c iu ch theo phng phỏp BPSK v thc hin tỏch súng theo thut toỏn tỏch tớn hiu V-BLAST, ZF v MMSE NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 129 CHNG H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO-SDM Hỡnh 3.28 Kt qu mụ phng ỏnh giỏ phm cho h thng ca MIMO 4x4 s dng b tỏch tớn hiu ZF, MMSE, V-BLAST-MMSE v V-BLAST-ZF T hỡnh trờn ta thy rng b tỏch tớn hiu V-BLAST-MMSE cú t l li bớt BER thp nht, nhiờn õy li l b tỏch tớn hiu cú phc tớnh toỏn cao nht NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 130 KT LUN KT LUN MIMO l phc v mi m nhng nú thc s ang khụng ngng phỏt trin trờn th gii cng nh Vit Nam K thut MIMO em li cho nhng li ớch rừ rt so vi h thng SISO truyn thng, nú giỳp ci thin tc cng nh tin cy truyn thng, m rng vựng hot ng ca mng khụng dõy v nú l nn tng cho cụng ngh khụng dõy tng lai thc thi c kin trỳc SVD cho h thng MIMO l khỏ phc tp, nú ũi hi b thu phỏt phi cú kh nng x lý rt mnh, nhng bự li nu thc hin c iu ú thỡ nú s mang n nhng hiu qu rt ln vic ci thin cht lng truyn thụng Nhng ni dung chớnh ó c gii quyt lun : - Gii thiu cỏc k thut phõn thu phỏt khụng gian thi gian - Nguyờn lý ca phng phỏp MIMO - SVD - Cỏc mụ hỡnh, phng phỏp truyn dn v cỏc b tỏch tớn hiu tuyn tớnh v phi tuyn trờn kờnh MIMO Do thi gian cú hn, ni dung nghiờn cu phc v kin thc bn thõn cũn hn ch, lun t c nhng kt qu nht nh song khụng th trỏnh nhng sai sút Rt mong c s úng gúp ý kin ca cỏc thy giỏo v cỏc bn ng nghip lun c hon thin hn na Qua õy, em xin chõn thnh cỏm n ging viờn Ts H Duyờn Trung ó tn tỡnh hng dn thi gian lm lun vn, cựng cỏc thy giỏo khoa ó cú nhng nhn xột, úng gúp nhiu ý kin rt quý bỏu lun t c cht lng tt hn NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 131 TI LIU THAM KHO TI LIU THAM KHO H Duyờn Trung, Watit Benjapolakul, Araki Kiyomichi, Capacity Analysis of MIMO Rayleigh Channel with Spatial Fading Correlation, IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communication and Computer Sciences Special Issue in Information Theory and Its Applications, 2008 Nguyn Vn c, V Vn Yờm, o Ngc Chin, Nguyn Quc Khng, Nguyn Trung Kiờn, Thụng Tin Vụ Tuyn (Radio Communications), Trong tuyn "K Thut Thụng Tin S ", 4, nh xut bn Khoa Hc K Thut, 2007 Nguyn Vn c, Lý Thuyt v Kờnh Vụ Tuyn, Trong tuyn "K Thut Thụng Tin S", 3, nh xut bn Khoa Hc K Thut, 2006 Trn Xuõn Nam, K thut x lý tớn hiu khụng gian-thi gian, Hc vin KTQS, 2006 Trn Xuõn Nam, Mụ phng cỏc h thng thụng tin vụ tuyn s dng Matlab, Hc vin KTQS, 2006 P W Wolniansky, G Foschini, G Golden, and R A Valenzuela, V-BLAST: an architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel in Proceedings URSI International Symposium on Signals, Systems, and Electronics., (IEEE, New York, NY, USA), pp 295 300, 1998 B Vucetic and J Yuan (2003), Space-Time Coding, Wiley & Sons Ltd J Back Andersen (2000), Array gain and capacity for known random channels with multiple element array at both ends, IEEE Journal on selected areas in communication NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 132 TI LIU THAM KHO J Proakis (2001), Digital Communications, McGraw-Hill, Inc 10 http://www.dsplog.com NG èNH IP CH-TVT K2009-2011 133 ... gian 56 2.4 KT LUN 64 CHNG SDM H THNG MIMO V CC B TCH TN HIU MIMO6 6 3.1 3.2 TNG QUAN V H THNG MIMO 66 Mễ HèNH KấNH MIMO 67 3.2.1 Tớn hiu phỏt 67 3.2.2... thng thụng tin a u voa u (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) v cỏc h thng mó khụng gian-thi gian (STC: Space-Time Codes) Trong vic tỡm cỏch truyn dn hiu qu trờn kờnh MIMO thỡ phõn kờnh theo... kờnh truyn SIMO 73 Hỡnh 3.5 Mụ hỡnh kờnh truyn MIMO - SVD .76 Hỡnh 3.6 Mụ hỡnh kờnh MIMO tng ng (M > N) 79 Hỡnh 3.7 Mụ hỡnh kờnh MIMO tng ng (N > M) 80 Hỡnh 3.8 Phõn b xỏc