Phân tích phẩm chất, dung lượng hệ thống điều chế không gian song công trên cùng băng tần

Bài viết này phân tích phẩm chất và dung lượng hệ thống đa đầu vào – đa đầu ra sử dụng kỹ thuật điều chế không gian và truyền dẫn song công trên cùng băng tần. Chúng tôi đã xác định biểu thức chính xác của xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu và dung lượng trung bình của hệ thống khảo sát.

Các cơng trình nghiên cứu phát triển Cơng nghệ Thơng tin Truyền thơng Phân tích phẩm chất, dung lượng hệ thống điều chế không gian song công băng tần Nguyễn Lê Vân, Nguyễn Bá Cao, Trần Xuân Nam Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Correspondence: Nguyễn Lê Vân, vannl@mta.edu.vn Ngày nhận bài: 17/08/2019, ngày sửa chữa: 07/09/2019, ngày duyệt đăng: 08/09/2019 Xem sớm trực tuyến: 13/09/2019, định danh DOI: 10.32913/mic-ict-research-vn.v2019.n1.883 Biên tập lĩnh vực điều phối phản biện định nhận đăng: TS Nguyễn Việt Dũng Tóm tắt: Bài báo phân tích phẩm chất dung lượng hệ thống đa đầu vào – đa đầu sử dụng kỹ thuật điều chế không gian truyền dẫn song công băng tần Chúng tơi xác định biểu thức xác xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu dung lượng trung bình hệ thống khảo sát Trên sở đó, phẩm chất hệ thống phân tích, đánh giá toàn diện ảnh hưởng nhiễu dư hoạt động truyền dẫn song công gây nên Đồng thời kết so sánh với hệ thống đa đầu vào – đa đầu kết hợp điều chế không gian truyền thống (hệ thống bán song công) Cuối cùng, đắn kết phân tích kiểm chứng mơ Monte-Carlo Từ khóa: Đa đầu vào – đa đầu ra, điều chế không gian, truyền thông song công băng tần, triệt nhiễu tự giao thoa, xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu, dung lượng ergodic Title: Abstract: Keywords: Performance and Capacity Analysis of Spatial Modulation Full Duplex Systems In this paper, we analyze the performance and ergodic capacity of multiple input-multiple output (MIMO) system using spatial modulation (SM) and the full-duplex (FD) technique Based on the numerical analysis, we derive exact expressions of the outage probability, the symbol error probability and the ergodic capacity of the considered system From the theoretical analysis, the system performance is analyzed fully under the impact of residual self-interference due to the FD mode On the other hand, the numerical results are compared with the traditional MIMO-SM system (in half-duplex) Finally, numerical results are verified by Monte-Carlo simulations Multiple input-multiple output, spatial modulation, full-duplex, outage probability, symbol error probability, ergodic capacity I ĐẶT VẤN ĐỀ xuất tăng hiệu phổ giảm độ phức tạp tính tốn Trong cơng trình [6] tác giả đề xuất trình tiền xử lý để truyền dẫn qua kênh tương quan thông qua thông tin trạng thái kênh (CSI: Channel State Information) máy phát, nhờ phẩm chất hệ thống MIMO-SM cải thiện đáng kể Để đánh giá hiệu sử dụng phổ tần, cơng trình [7] đưa biểu thức xấp xỉ dung lượng xác suất lỗi hệ thống MIMO-SM, từ đánh giá tồn diện hệ thống khảo sát Bên cạnh đó, giai đoạn bùng nổ truyền thơng công nghệ thông tin nay, nhu cầu trao đổi liệu tốc độ cao ngày tăng, đòi hỏi cần phải nâng cao hiệu sử dụng phổ tần Đứng trước bối cảnh đó, nhiều kỹ thuật đề xuất, kỹ thuật truyền thơng song công băng tần (FD: Full-Duplex hay IBFD: In-Band Full-Duplex) trọng khả tăng gấp đôi hiệu sử dụng phổ tần thu phát tần số thời điểm [8–13] Đặc biệt kỹ thuật FD trở nên khả thi nhiều nghiên Điều chế không gian (SM: Spatial Modulation) sơ đồ truyền dẫn hứa hẹn cho hệ thống truy nhập đa đầu vào – đa đầu (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) kỹ thuật cho phép giảm độ phức tạp chi phí thiết kế cho hệ thống MIMO giữ nguyên phẩm chất tốc độ truyền dẫn [1–3] Do đó, năm gần hệ thống MIMO-SM trở thành chủ đề nhận nhiều quan tâm nhà nghiên cứu thiết kế mạng vô tuyến, chẳng hạn nghiên cứu [1, 2, 4–7] Tác giả cơng trình [2, 4] đề xuất tách tín hiệu có độ phức tạp thấp cho máy thu SM, giảm độ phức tạp đáng kể so với máy thu MIMO truyền thống Trong cơng trình [5–7] tác giả xem xét phẩm chất hiệu phổ tần hệ thống MIMO-SM điều kiện khác Tác giả [5] thiết kế đánh giá phẩm chất hệ thống MIMO-SM sử dụng đơn sóng mang thơng qua cấu hình ăng-ten Kết cho thấy mơ hình đề 39 Các cơng trình nghiên cứu phát triển Cơng nghệ Thơng tin Truyền thông cứu thử nghiệm cho thấy thiết bị FD khử nhiễu tự giao thoa (SIC: Self-Interference Cancellation) lên đến 110 dB đưa nhiễu mức nhiễu lượng cao tùy thuộc vào giá trị cụ thể RSI tỉ số tín hiệu tạp âm Kết phân tích sở để tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm đánh giá phẩm chất hệ thống SM-FD trước triển khai, áp dụng hệ thống thực tế Gần đây, nhiều nghiên cứu kết hợp hệ thống MIMOSM với kỹ thuật FD tạo thành hệ thống SM-FD nhằm khai thác ưu điểm trội kỹ thuật [14– 17] Trong [14] nhóm tác giả đưa biểu thức xác suất dừng dung lượng Ergodic hệ thống SM-FD điểmđiểm (point-to-point) để khảo sát hệ thống Biểu thức áp dụng cho trường hợp 2×2 MIMO Khi thiết bị đầu cuối có số lượng ăng-ten nhiều hơn, biểu thức tìm [14] khơng cịn áp dụng Để tăng cường độ tin cậy thơng tin, mở rộng vùng phủ sóng, mạng chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật SM FD nghiên cứu [15–17] Các tác giả tìm biểu thức biên cho tỉ lệ lỗi bít (BER: Bit Error Rate) so sánh với hệ thống bán song công (HD: Half-Duplex) nút chuyển tiếp sử dụng giao thức khuếch đại chuyển tiếp (AF: Amplifyand-Forward) [15] Đồng thời, biểu thức xấp xỉ BER dung lượng Ergodic xác định cho mạng chuyển tiếp SM-FD [16, 17] Thông qua kết mơ biểu thức tiệm cận tìm được, tác giả chứng minh hệ thống SM-FD đạt phẩm chất gần tương đương so với hệ thống SM truyền thống (SM-HD) nhiễu dư (RSI: Residual Self-Interference) nhỏ, dung lượng đạt cao hệ thống SM-HD với số mức ngưỡng định Phần lại báo tổ chức sau: Mục II chúng tơi trình bày mơ hình hệ thống tín hiệu Mục III thể kết biến đổi toán học để đưa biểu thức phẩm chất dung lượng hệ thống Mục IV trình bày kết mơ thảo luận, cuối cùng, Mục V rút kết luận nghiên cứu II MƠ HÌNH HỆ THỐNG Mơ hình hệ thống SM-FD thể hình Ở đây, sử dụng ăng-ten thu phát riêng cho thiết bị đầu cuối để biểu thị rõ nhiễu tự giao thoa (SI: SelfInteference), đồng thời tạo khả SIC tốt cho thiết bị FD [18, 19] Tuy nhiên thực tế, thiết bị FD sử dụng ăng-ten chung cho thu phát Dữ liệu truyền đồng thời từ đầu cuối A sang đầu cuối B, A B có số ăng-ten phát thu tương ứng NtA , NrA NtB , NrB Trên hình 1, mũi tên màu xanh thể tín hiệu phát, thu cần truyền nhận, mũi tên màu đỏ thể nhiễu tự giao thoa SI Tại thời điểm t tín hiệu thu đầu cuối B xác định sau: yB (t) = Mặc dù phẩm chất hệ thống SM-FD quan tâm đánh giá thông qua nhiều cơng trình tiên phong phân tích Tuy nhiên, kết công bố trước dừng lại việc tìm biểu thức phẩm chất hệ thống dạng biểu thức tiệm cận thực đánh giá phẩm chất kết mơ thơng qua kết trung bình thống kê Điều dẫn đến hạn chế hiểu biết xác hoạt động hệ thống điều kiện đầy đủ Trong báo đặt mục tiêu phát triển khung tốn học xác phục vụ cho việc phân tích, đánh giá đầy đủ hoạt động hệ thống SM-FD PA hBi xi (t) + PB hBj xj (t) + zB (t), yB véc tơ tín hiệu thu, PA PB công suất phát đầu cuối A B, xi xj tín hiệu phát ăng-ten kích hoạt thứ i đầu cuối A thứ j đầu cuối B, hBi véc tơ kênh truyền từ ăng-ten kích hoạt thứ i đầu cuối A tới NrB ăng-ten thu đầu cuối B, hBj véc tơ kênh nhiễu tự giao thoa từ ăng-ten phát kích hoạt thứ j đầu cuối B đến NrB ăng-ten thu nó, zB véc tơ tạp âm trắng cộng tính (AWGN: Additive White Gaussian Noise) với phần tử có trung bình khơng phương sai σ Những đóng góp báo tóm tắt sau: 1 Desired signal N Br A Nt A SelfInterference SelfInterference N Ar • Bài báo tìm biểu thức xác xác suất dừng (OP: Outage Probability), xác suất lỗi ký hiệu (SEP: Symbol Error Probability) dung lượng trung bình (ergodic capacity) hệ thống SM-FD kênh phađinh Rayleigh Trên sở biểu thức giải tích xác, chúng tơi đánh giá phẩm chất hệ thống SM-FD so sánh với hệ thống SM-HD Kết cho thấy, RSI đủ nhỏ hệ thống SM-FD cho phẩm chất tương đương hệ thống SM-HD dung lượng đạt gần gấp đôi Ngược lại, RSI lớn hơn, phẩm chất hệ thống SM-FD giảm so với hệ thống SM-HD dung B Desired signal • (1) N Bt Hình Mơ hình hệ thống SM-FD 40 Tập 2019, Số 1, Tháng Biểu thức tín hiệu thu đầu cuối A xác định phương pháp tương tự Để hệ thống FD hoạt động theo u cầu cần phải triệt nhiễu SI cách hiệu Giải pháp đề xuất sử dụng công trình tiên phong FD sử dụng đồng thời kỹ thuật SIC miền: miền không gian (hay miền ăng-ten), miền tương tự miền số [9, 18, 20] Giải pháp triệt nhiễu miền không gian liên quan đến phương pháp ngăn cách tín hiệu phát vào tuyến thu sử dụng ăng-ten thu phát riêng biệt đặt cách xa kết hợp ăng-ten định hướng, bọc kim phần phát phần thu, sử dụng thay đổi phân cực, v.v Nhờ vậy, giảm đáng kể ảnh hưởng SI từ kênh trực tiếp Bài báo [20] cho thấy triệt nhiễu tới 50 dB miền không gian Với giải pháp triệt nhiễu miền không gian hiệu ảnh hưởng kênh SI bị giới hạn chủ yếu kênh phản xạ Trong trường hợp cường độ đường trực tiếp khơng cịn vượt trội so với tia phản xạ Do tia phản xạ đường trực tiếp độc lập thống kê với nên theo định lý giới hạn trung tâm, độ lợi kênh SI tổng hợp trở thành biến Gauss phức kênh SI trở thành kênh pha-đinh Rayleigh Kết khảo sát [4] cho thấy đặc tính kênh SI phần lớn trường hợp khảo sát có phân bố Rayleigh Chú ý rằng, kênh truyền kênh pha-đinh Rayleigh, hàm phân bố tích lũy (CDF: Cumulative Distribution Function) hàm mật độ xác suất (PDF: Probability Density Function) độ lợi kênh truyền tức thời xác định sau: x F|h|2 (x) = − exp(− ), x ≥ 0, Ω f|h|2 (x) = PA hBi xi (t) + rSI (t) + zB (t) III PHÂN TÍCH PHẨM CHẤT HỆ THỐNG Xác suất dừng hệ thống SM-FD Xác suất dừng hệ thống xác định xác suất mà giá trị SINR nhỏ mức ngưỡng xác định trước [23] Giả sử tốc độ truyền dẫn hệ thống R, xác suất dừng hệ thống SM-FD xác định biểu thức sau [24–26]: Pout = Pr{log2 (Nt ) + log2 (1 + γ) < R} = Pr{γ < 2R−log2 (Nt ) − 1}, = hBi γ¯B , (6) đó, Pr biểu diễn phép lấy xác suất (Probability), γ SINR tức thời đầu cuối xem xét (γA phía A γB phía B), Nt số ăng-ten phát (NtA phía A NtB phía B) Chú ý rằng, thành phần log2 (Nt ) biểu thị kỹ thuật SM áp dụng Trong báo này, để tập trung đánh giá ảnh hưởng RSI đến phẩm chất hệ thống để đơn giản cho việc phân tích, tương tự [24–26] giả thiết máy thu ước lượng hồn hảo số ăng-ten phát, từ giải mã thành cơng tổ hợp bít dùng để kích hoạt ăng-ten phát Trên sở đó, ta xác định xác suất dừng cho hệ thống SM-FD định lý A Định lý 1: Xác suất dừng đầu cuối A (ký hiệu Pout ) B đầu cuối B (ký hiệu Pout ) hệ thống SM-FD xác định sau: (2) A Pout Tỉ số tín hiệu nhiễu cộng tạp âm (SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) tức thời tín hiệu thu đầu cuối B xác định sau: hB PA γB = i σRSI + σ 2 γ¯B = PA /(σRSI + σ2 ) (5) Ω = E{|h|2 } độ lợi trung bình kênh truyền, toán tử E biểu diễn phép lấy kỳ vọng Sử dụng giải pháp triệt nhiễu miền tương tự miền số cho phép đạt thêm 45 dB miền tương tự 50 dB miền số [20] Cũng theo [20] đạt mức suy hao 110 dB cho phép chuyển nhiễu SI mức tạp âm Điều đồng nghĩa với ảnh hưởng RSI coi biến tạp âm Mặc dù kênh SI sau triệt nhiễu miền khơng gian có đặc tính Rayleigh thao tác triệt nhiễu miền tương tự miền số sử dụng phương pháp tái tạo lại tín hiệu thu kênh truyền SI (thơng qua ước lượng kênh truyền SI) để triệt nhiễu nên phần nhiễu dư RSI lại phần sai số ước lượng Sai số ước lượng mơ hình hóa biến ngẫu nhiên phân bố chuẩn nghiên cứu trước [20–22] Như vậy, √ thành phần nhiễu PB hBj xj (t) cơng thức (1) viết lại thành véc tơ rSI với phần tử theo phân bố chuẩn với trung bình khơng phương sai σRSI , ˜ ˜ σRSI = ΩPB Ở Ω tỉ số công suất đầu vào đầu kênh SI thể khả triệt nhiễu SI thiết bị FD Do đó, biểu thức (1) viết lại thành yB (t) = x exp(− ), x ≤ 0, Ω Ω (4) =1−e − γth γ ¯A NrA −1 i=0 B Pout (3) =1−e − γth γ ¯B NrB −1 i=0 i ( γγ¯th ) A i! , (7) , (8) i ( γγ¯thB ) i! γth = 2R−log2 (Nt ) −1 mức ngưỡng xem xét, γ¯A γ¯B SINR trung bình đầu cuối A B tương ứng SINR trung bình tín hiệu thu đầu cuối B 41 Các công trình nghiên cứu phát triển Cơng nghệ Thơng tin Truyền thông Chứng minh: Đặt γth = 2R−log2 (Nt ) − biểu thị mức ngưỡng xem xét (threshold), biểu thức (6) trở thành: Pout = Pr{γ < γth } Γ(·) hàm Gamma Chứng minh: Đặt x = t2 /b, sau số phép biến đổi toán học, biểu thức (11) trở thành √ ∞ −bx/2 a b e √ F (x)dx, SEP = √ (14) x 2π (9) Do đó, xác suất dừng B xác định sau: B Pout = Pr hBi σRSI PA < γth + σ2 hBi = Pr < γth γ¯B với F (x) CDF theo SINR hệ thống khảo sát Trên sở định nghĩa hàm CDF, ta thay F (x) Pout hệ thống thay γth Pout x Từ đó, ta tính toán xác suất lỗi đầu cuối A (SEPA ) thông qua biểu thức √ a b (15) SEPA = √ (I − J) , 2π (10) Từ (10), sau số phép biến đổi, kết hợp với áp dụng biểu thức (4) (5) cho trường hợp kênh truyền có độ lợi, ta xác định xác suất dừng đầu cuối A đầu cuối B biểu diễn định lý Chú ý rằng, biểu thức (7) (8) biểu diễn đơn giản theo hàm Gamma, nhiên biểu diễn theo dạng tổng thuận lợi tính tốn tham số hệ thống ∞ I= Xác suất lỗi ký hiệu ∞ Đối với hệ thống vô tuyến, xác suất lỗi ký hiệu (SEP: Symbol Error Probability) xác định thông qua biểu thức sau [23]: ∞ SEP = a Q a =√ 2π bγ t b F J= e−bx/2 √ dx, x e−bx/2 − γ¯x √ e A x 0 ∞ I= (i+ 12 ) i! i=0 dx e−bx/2 √ dx = x 2π b (16) Với thành phần J biểu thức (15), áp dụng cơng thức (3.381.4) [27], ta có ∞ N A −1 r J= Định lý 2: Xác suất lỗi ký hiệu đầu cuối A (SEPA ) B (SEPB ) hệ thống SM-FD xác định thông qua biểu thức sau: √ N A −1 √ γA Γ(i + 12 ) a a b r 2i 2¯ , (12) SEPA = − √ 2 2π i=0 i!(2 + γ¯A b)(i+ 12 ) √ 2i 2¯ γB Γ(i + 12 ) i Trên sở đó, ta xác định xác suất lỗi ký hiệu máy thu hệ thống SM-FD định lý NrB −1 ( γ¯xA ) Với thành phần I (15), áp dụng công thức (3.361.2) [27] ta thu t2 e− dt, (11) toán tử E biểu diễn phép lấy kỳ vọng; Q hàm Gaussian; γ SINR tức thời hệ thống khảo sát; a, b số phụ thuộc vào dạng điều chế tín hiệu xác định theo bảng I [23] √ a a b SEPB = − √ 2 2π NrA −1 i=0 NrA −1 = i=0 −x( 2b + γ¯1 ) i− dx A x e i!¯ γAi √ 2i 2¯ γA Γ(i + 21 ) i!(2 + γ¯A b) (i+ 21 ) (17) Kết hợp (16) (17) ta thu biểu thức tường minh rút gọn cho xác suất lỗi A (12) Bằng phương pháp tương tự, ta xác định xác suất lỗi B (13) (13) i!(2 + γ¯B b) i=0 Dung lượng Ergodic Bảng I GIÁ TRỊ CỦA a VÀ b CHO CÁC DẠNG Kiểu điều chế QPSK,4-QAM SEP √ Q( γ) √ Q( 2γ) √ ≈ 2Q( γ) M-PAM ≈ M-PSK ≈ 2Q BFSK BPSK M-QAM chữ nhật ≈ M-QAM không chữ nhật ≈ 2(M −1) Q M 2sin2 √ 4( M −1) Q M 4Q γ M −1 Với hệ thống song công hai chiều, dung lượng Ergodic xác định thông qua biểu thức ĐIỀU CHẾ KHÁC NHAU a b 1 2 γ M −1 2(M −1) M M −1 π M 2sin2 γ γ M −1 √ 4( M −1) M C = E {log2 (1 + γA ) + log2 (1 + γB )} = E {log2 (1 + γA )} + E {log2 (1 + γB )} (18) Từ ta ∞ π M C= ln M −1 M −1 42 − FA (x) dx + 1+x ln ∞ − FB (x) dx, (19) 1+x Tập 2019, Số 1, Tháng FA (x) FB (x) CDF đầu cuối A B Trên sở đó, dung lượng hệ thống xác định qua định lý 10 (2, 2) -1 10 C= ln Nr −1 (−1) i=0 Nr −1 i−1 Outage Probability (OP) Định lý 3: Dung lượng Ergodic hệ thống SM-FD xác định sau: e γ¯ Ei (− γ1¯ ) i!¯ γi i i−k k + i=0 k=1 (k − 1)!(−1) i!¯ γi γ¯ , (20) − FA (x) dx 1+x (4, 2) 10 -4 FD Simulation FD Analytical HD Simulation HD Analytical Chứng minh: Để đơn giản, ta giả sử mô hình xem xét mơ hình đối xứng (symmetric), tức hai thiết bị đầu cuối A B có tham số giống hệt với γ¯A = γ¯B = γ¯ , FA (x) = FB (x), NrA = NrB = Nr Như (19) biểu diễn lại thành ∞ (2, 4) -3 10 Ei hàm tích phân mũ bậc i định nghĩa [27] C= ln -2 10 10 15 20 SNR [dB] Hình Xác suất dừng hệ thống theo SNR trung bình với số lượng ăng-ten thu phát (Nt , Nr ) khác nhau; R = bit/s/Hz; ˜ = −10 dB Ω (21) thống SM-HD áp dụng công thức với RSI = 0, tức γ¯ = σP2 A (7) áp dụng Thay FA (x) (21) Pout công thức (3.353.5) [27] ta thu kết biểu thức (20) Trường hợp mơ hình bất đối xứng, biểu thức dung lượng dễ dàng xác định phương pháp tương tự Sự phù hợp kết phân tích với kết mơ cho thấy đắn định lý Dễ dàng nhận thấy rằng, phẩm chất hệ thống SM-FD bị ảnh hưởng mạnh RSI, vùng SNR cao Xác suất dừng tiến đến vùng bão hịa cơng suất phát cao RSI lớn (vì ˜ ) Mặt khác, tăng = ΩP RSI xác định σRSI số ăng-ten phát, phẩm chất xác suất dừng hệ thống cải thiện số bit truyền miền ăng-ten tăng lên số bit truyền qua symbol điều chế giảm xuống Ví dụ, SNR = 14 dB, hệ thống SM-FD cấu hình (2, 2) đạt OP = 10−1 cấu hình (4, 2) đạt OP = × 10−2 , tức độ lợi mà SM đem lại tăng số ăng-ten phát lên trường hợp lần Khi tổng số ăngten thu ăng-ten phát không đổi, ví dụ Nt + Nr = 6, cấu hình (2, 4) cho phẩm chất tốt nhiều so với cấu hình (4, 2) hệ thống SM khơng có phân tập phát, có phân tập thu Ví dụ, hệ thống SM-FD cấu hình (4, 2) đạt OP = 10−2 SNR = 10 dB cấu hình (2, 4) đạt đến OP = 10−2 tượng bão hịa IV KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Trên sở kết phân tích Mục III, phần phẩm chất hệ thống SM-FD biểu diễn thông qua tham số đánh giá Ở đây, xem xét công suất phát, phương sai tạp âm nhiễu dư hai thiết bị đầu cuối Do SNR tỉ số công suất phát đầu cuối P B phương sai tạp âm, tức SNR = PσA2 = P σ2 = σ2 Đồng thời, sử dụng mô Monte Carlo để kiểm chứng kết tính tốn Các tham số cho đánh giá, phân tích sau: độ lợi trung bình kênh truyền 1; phương sai tạp âm AWGN: σ = , số ăng-ten phát thu NtA = NtB = Nt , NrA = NrB = Nr Nhiễu dư RSI thay đổi để khảo sát ảnh hưởng đến phẩm chất hệ thống Hình khảo sát ảnh hưởng RSI đến xác suất lỗi hệ thống SM-FD đầu cuối B, đó, đường biểu diễn kết phân tích sử dụng công thức (13) Định lý với điều chế BPSK Ở số ăng-ten thu phát Nt = 2, Nr = ˜ = −30 dB), xác Hình cho thấy rằng, RSI nhỏ (Ω suất lỗi hệ thống SM-FD SM-HD Tức trường hợp này, nói q trình SIC thiết bị FD thực lý tưởng Tuy nhiên, nhiễu dư tăng ˜ = −10 dB phẩm chất hệ lên, chẳng hạn trường hợp Ω thống SM-FD bắt đầu giảm so với hệ thống SM-HD Khi SEP = 10−4 độ lợi hệ thống SM-HD so với SM- Hình cho thấy ảnh hưởng số lượng ăng-ten thu phát đến xác suất dừng hệ thống SM-FD trường ˜ = −10 dB, đường biểu hợp R = bit/s/Hz; Ω diễn kết phân tích lý thuyết sử dụng cơng thức (8) định lý Các ký hiệu đánh dấu (marker symbol) thể kết mô Monte-Carlo Chú ý rằng, đường lý thuyết cho hệ thống SM-FD sử dụng công thức (8) với P γ¯A = γ¯B = γ¯ = σ2 +σ , đường lý thuyết cho hệ RSI 43 Các cơng trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin Truyền thông dung lượng cao hệ thống SM-HD Nhưng tiếp tục 12 FD Simulation tăng SNR, tức SNR > 15 dB hệ thống SM-HD lại FD Analytical cho dung lượng cao hệ10thống khảo sát Nguyên nhân HD Simulation HD Analytical hệ thống khảo sát đạt đến dung lượng bão hòa, kết việc triệt nhiễu khơng hồn hảo Kết hợp hình ta thấy rằng, trường hợp triệt nhiễu gần ˜ = −30 dB) phẩm chất hệ thống SMnhư hoàn hảo (Ω FD SM-HD nhau, dung lượng hệ thống SM-FD đạt gần gấp đôi dung lượng hệ thống SM-HD Ví dụ xét SNR = 10 dB, CSM−FD = 10, 33 bit/s/Hs CSM−HD = 5, 18 bit/s/Hs Khi nhiễu dư lớn hơn, ví ˜ = 2−10 dB tùy thuộc dụ trường hợp Ω yêu   0,vào  5,  10dB cầu hệ thống để xem xét nên sử dụng chế độ FD hay HD Chẳng hạn hệ thống cần dung phẩm 10 chất vừa -5 lượng cao SNRphẩm [dB] phải ta chọn chế độ FD Ngược lại, hệ thống cần 12 phải ta chọn chế độ HD chất tốt dung lượng vừa 10   0, 5, 10, 30dB  -1 12 -2 10 10 Ergodic Capacity (bit/s/Hz) Symbol Error Probability (SEP) Ergodic Capacity (bit/s/Hz) 10 FD Simulation FD Analytical HD Simulation HD Analytical -3 10 -4 106 FD Simulation FD Analytical HD Simulation HD Analytical 10 15 20 SNR [dB]   0, 5, 10dB  Hình Ảnh hưởng RSI đến xác suất lỗi hệ thống SM-FD, Nt =0 2, Nr = -5 10 15 20 V KẾT LUẬN SNR [dB] Ergodic Capacity (bit/s/Hz) Ergodic Capacity (bit/s/Hz) FD Simulation FD Analytical HD Simulation HD Analytical   0, 5, 10, 30dB  -5 FD Simulation FD Analytical HD Simulation HD Analytical SM-FD giải pháp truyền dẫn hứa hẹn cho hệ thống truyền thông vô tuyến MIMO, đặc biệt kỷ nguyên khan phổ tần Tuy nhiên, nhiễu SI yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến phẩm chất hệ thống Bằng phương pháp giải tích, chúng tơi đánh giá phẩm chất hệ thống có tác động nhiễu4 dư triệt nhiễu khơng hồn hảo dạng xác suất dừng, xác suất lỗi ký hiệu dung với hệ thống SM-HD truyền lượng hệ thống so sánh thống Kết phân tích rõ  nhỏ, khi  mức 0, 5, nhiễu 10, dư 30dB dung lượng hệ thống SM-FD đạt gần gấp đôi so với hệ10 -5 thống SM-HD truyền thống chất lượng SNR gần[dB] không đổi Khi mức nhiễu dư lớn hơn, phẩm chất hệ thống SM-FD giảm so với hệ thống SM-HD dung lượng cao tùy thuộc vào giá trị cụ thể RSI tỉ số tín hiệu tạp âm Đây nội dung tham khảo quan trọng việc lựa chọn chế độ FD hay HD cho hệ thống SM tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Tuy nhiên, để tập trung đánh giá mức độ ảnh hưởng nhiễu SI đến hiệu hệ thống, báo giả thiết máy thu tách xác số ăng-ten phát Trong thực tế lỗi tách số ăng-ten phát gây ảnh hưởng đến hiệu chung hệ thống, cần phải phân tích chi tiết Kết tiến hành nghiên cứu 12 10 10 15 10 15 20 SNR [dB] Hình Dung lượng ergodic hệ thống SM-FD so sánh với hệ thống SM-HD với giá trị RSI khác nhau, Nt = 2, Nr = ˜ = −10 dB) khoảng dB Mặt khác với giá trị FD (Ω RSI này, hệ thống SM-FD đạt SEP = 10−5 cho dù công suất phát tiếp tục tăng lên Khi RSI tăng lên ˜ = −5, dB) phẩm chất hệ thống khảo sát đạt (Ω ˜ = −5 dB SEP = 10−2 bão hòa SEP = 10−3 Ω ˜ = dB Ω TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M.-T Le, V.-D Ngo, H.-A Mai, X N Tran, and M Di Renzo, “Spatially modulated orthogonal space-time block codes with non-vanishing determinants,” IEEE Transactions on Communications, vol 62, no 1, pp 85–99, 2013 [2] C R Kumar and R K Jeyachitra, “Low complexity led grouping based precoding-aided spatial modulation for highly correlated large-scale mimo-vlc channels,” IET Communications, vol 13, no 3, pp 312–321, 2018 [3] R Y Mesleh, H Haas, S Sinanovic, C W Ahn, and S Yun, “Spatial modulation,” IEEE Transactions on vehicular technology, vol 57, no 4, pp 2228–2241, 2008 Hình minh họa dung lượng hệ thống SM-FD so sánh với hệ thống SM-HD với giá trị RSI khác Với tham số chọn, nhiễu dư nhỏ ˜ = −30, −10 dB) dung lượng hệ thống SM-FD (Ω tốt so với hệ thống SM-HD Tuy nhiên, nhiễu dư tăng lên tùy thuộc vào giá trị SNR để xem xét hệ thống có dung lượng cao Chẳng hạn trường hợp ˜ = −5 dB, SNR < 15 dB hệ thống SM-FD cho Ω 44 15 Tập 2019, Số 1, Tháng [20] D Bharadia, E McMilin, and S Katti, “Full duplex radios,” in Proceedings of the ACM SIGCOMM 2013 Conference, ser SIGCOMM ’13 New York, NY, USA: ACM, 2013, pp 375–386 [21] T Riihonen, S Werner, and R Wichman, “Hybrid fullduplex/half-duplex relaying with transmit power adaptation,” IEEE Trans Wireless Commun., vol 10, no 9, pp 3074– 3085, Sept 2011 [22] E Ahmed and A M Eltawil, “All-digital self-interference cancellation technique for full-duplex systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 14, no 7, pp 3519–3532, 2015 [23] A Goldsmith, Wireless communications Cambridge university press, 2005 [24] R Rajashekar, K Hari, and L Hanzo, “Antenna selection in spatial modulation systems,” IEEE Communications Letters, vol 17, no 3, pp 521–524, 2013 [25] F Yarkın and I Altunbas, “Outage performance of spatial modulation with transmit antenna selection over nakagami-m fading channels with arbitrary m,” in 2016 8th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT) IEEE, 2016, pp 438– 442 [26] A Bhowal and R S Kshetrimayum, “Outage probability bound of decode and forward two-way full-duplex relay employing spatial modulation over cascaded α- µ channels,” International Journal of Communication Systems, vol 32, no 3, p e3876, 2019 [27] A Jeffrey and D Zwillinger, Table of integrals, series, and products Academic press, 2007 [4] L Wu, J Cheng, Z Zhang, J Dang, and H Liu, “Lowcomplexity spatial modulation for im/dd optical wireless communications,” IEEE Photonics Technology Letters, vol 31, no 6, pp 475–478, 2019 [5] D.-T Phan-Huy, Y Kokar, K Rachedi, P Pajusco, A Mokh, T Magounaki, R Masood, C Buey, P Ratajczak, N Malhouroux-Gaffet et al., “Single-carrier spatial modulation for the internet of things: Design and performance evaluation by using real compact and reconfigurable antennas,” IEEE access, vol 7, pp 18 978–18 993, 2019 [6] M Maleki, K Mohamed-Pour, and M Soltanalian, “Receive spatial modulation in correlated massive mimo with partial csi,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol 67, no 5, pp 1237–1250, 2018 [7] H S Hussein, M Elsayed, U S Mohamed, H Esmaiel, and E M Mohamed, “Spectral efficient spatial modulation techniques,” IEEE Access, vol 7, pp 1454–1469, 2018 [8] C Li, Z Chen, Y Wang, Y Yao, and B Xia, “Outage analysis of the full-duplex decode-and-forward two-way relay system,” IEEE Trans Veh Technol., vol 66, no 5, pp 4073–4086, May 2017 [9] A Almradi and K A Hamdi, “Mimo full-duplex relaying in the presence of co-channel interference,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 66, no 6, pp 4874–4885, 2016 [10] B C Nguyen, X N Tran, and D T Tran, “Performance analysis of in-band full-duplex amplify-and-forward relay system with direct link,” in 2018 2nd International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom) IEEE, 2018, pp 192–197 [11] B C Nguyen and X N Tran, “Performance analysis of full-duplex amplify-and-forward relay system with hardware impairments and imperfect self-interference cancellation,” Wireless Communications and Mobile Computing, vol 2019, 2019 [12] X N Tran, B C Nguyen, and D T Tran, “Outage probability of two-way full-duplex relay system with hardware impairments,” in 2019 3rd International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing (SigTelCom) IEEE, 2019, pp 135–139 [13] B C Nguyen, X N Tran, T M Hoang et al., “Performance analysis of full-duplex vehicle-to-vehicle relay system over double-rayleigh fading channels,” Mobile Networks and Applications, pp 1–10, 2019 [14] B Jiao, M Wen, M Ma, and H V Poor, “Spatial modulated full duplex,” IEEE Wireless Communications Letters, vol 3, no 6, pp 641–644, 2014 [15] A Koc, I Altunbas, and E Basar, “Two-way full-duplex spatial modulation systems with wireless powered af relaying,” IEEE Wireless Communications Letters, vol 7, no 3, pp 444–447, 2017 [16] S Narayanan, H Ahmadi, and M F Flanagan, “On the performance of spatial modulation mimo for full-duplex relay networks,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 16, no 6, pp 3727–3746, 2017 [17] P Raviteja, Y Hong, and E Viterbo, “Spatial modulation in full-duplex relaying,” IEEE Communications Letters, vol 20, no 10, pp 2111–2114, 2016 [18] M Duarte, C Dick, and A Sabharwal, “Experimentdriven characterization of full-duplex wireless systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 11, no 12, pp 4296–4307, 2012 [19] E Everett, A Sahai, and A Sabharwal, “Passive self-interference suppression for full-duplex infrastructure nodes,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 13, no 2, pp 680–694, 2014 Nguyễn Lê Vân Nhận Kỹ sư Thạc sỹ Học viện Kỹ thuật Quân năm 2008 2010 Hiện nghiên cứu sinh Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân Lĩnh vực nghiên cứu bao gồm MIMO, điều chế không gian, truyền thông song công Nguyễn Bá Cao Tốt nghiệp trường Sĩ quan Thông tin năm 2006, nhận Thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng năm 2011 Hiện nghiên cứu sinh Khoa Vô tuyến điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân Lĩnh vực nghiên cứu bao gồm truyền thông song công, truyền thơng hợp tác 45 Các cơng trình nghiên cứu phát triển Công nghệ Thông tin Truyền thông Trân Xuân Nam Nhận Thạc sỹ năm 1998 Trương Đại học Công nghệ, Sydney, Úc Nhận Tiến sỹ năm 2003 Trường Đại học Điện tử - Truyền thông, Tokyo, Nhật Bản Tác giả phó giáo sư chủ trì Nhóm nghiên cứu mạnh Thơng tin vơ tuyến tiên tiến (awc.lqdtu.edu.vn) Học viện Kỹ thuật Quân Tác giả tặng Giải thưởng nhà nghiên cứu trẻ IEEE AP-S Nhật Bản năm 2003, Giải thưởng Bài báo xuất sắc Hội nghị quốc tế năm 2012 Các công nghệ tiên tiến truyền thông (ATC 2012), Giải thưởng báo xuất sắc Hội nghị Quốc gia năm 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT 2014) Tác giả thành viên IEEE, IEICE Hội Vô tuyến điện tử Việt Nam Lĩnh vực nghiên cứu bao gồm ăng-ten thích ứng, xử lý tín hiệu, mã hóa hệ thống MIMO 46 ... 30dB dung lượng hệ thống SM-FD đạt gần gấp đôi so với hệ1 0 -5 thống SM-HD truyền thống chất lượng SNR gần[dB] không đổi Khi mức nhiễu dư lớn hơn, phẩm chất hệ thống SM-FD giảm so với hệ thống. .. cầu hệ thống để xem xét nên sử dụng chế độ FD hay HD Chẳng hạn hệ thống cần dung phẩm 10 chất vừa -5 lượng cao SNRphẩm [dB] phải ta chọn chế độ FD Ngược lại, hệ thống cần 12 phải ta chọn chế. .. thấy, RSI đủ nhỏ hệ thống SM-FD cho phẩm chất tương đương hệ thống SM-HD dung lượng đạt gần gấp đôi Ngược lại, RSI lớn hơn, phẩm chất hệ thống SM-FD giảm so với hệ thống SM-HD dung B Desired signal