Thuật toán d blast trong công nghệ mimo

2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐẶNG TIẾN NGUN THUẬT TỐN D-BLAST TRONG CƠNG NGHỆ MIMO LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ĐẶNG TIẾN NGUN THUẬT TỐN D-BLAST TRONG CƠNG NGHỆ MIMO Ngành : Công nghệ Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS TRỊNH ANH VŨ Hà Nội - 2009 MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Các từ viết tắt Lời mở đầu Chƣơng I Đặt vấn đề 1.1 Nhu cầu truyền dẫn tốc độ cao 1.2 Vài nét lịch sử 1.2.1 Phân tập không gian 1.2.2 Ghép kênh theo không gian Chƣơng II Mơ hình hợp kênh khơng gian hệ thống MIMO 10 2.1 Mô tả hệ thống 10 2.2 Mơ hình tốn học 11 2.3 Hạng điều kiện số 13 2.4 Mơ hình kênh vật lý 16 2.4.1 Mảng ăngten nhìn thấy (LOS) 16 2.4.2 Kênh MIMO với đƣờng phản xạ 18 2.5 Dung kênh fading 22 2.5.1 Kênh fading nhanh 22 2.5.2 Kênh fading chậm 23 2.6 Kỹ thuật Hợp kênh không gian (Spatial multiplexage - SM) 26 2.6.1 Giải mã hợp lý cực đại 26 2.6.2 Phép toán ép không (Zero-forcing) 27 2.6.3 Phép tốn tối thiểu trung bình bình phƣơng lỗi (MMSE) 30 2.6.4 Phép toán loại bỏ nhiễu (cancelation) 32 2.6.5 Phép toán triệt nhiễu 32 2.7.Qui trình thuật tốn V-Blast 33 Chƣơng III Kỹ thuật D-Blast Hợp kênh không gian – Thời gian (D-BLAST - Spatial Multiplexage ) 37 3.1Kỹ thuật sử dụng thuật toán D-Blast 38 3.1.1 Ghép xen 38 3.1.2 Horizontal encoding Vertical encoding 39 3.2 Tầng mã hóa D-Blast (Layered Encoding D-Blast) 40 3.3 Tầng giải mã ( Layered Decoding D-Blast) 43 3.3.1 D-Blast- nulling 45 3.3.2 D-Blast –MMSE ( MMSE tối thiểu bình phương trung bình lỗi) 47 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA D-BLAST 50 4.1 Một số két mô 50 4.2 Sự so sánh V-Blast D-Blast 53 4.3 Một số đề D-Blast 54 Kết luận 57 Tài liệu Tham khảo 58 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT AWGN Additive white Gaussian noise CCI Co-channel interference D-BLAST Diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time i.i.d Independent and identically distributed (độc lập phân phối 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 Lời mở đầu Hiện nay, Việt Nam nỗ lực mở rộng phát triển toàn diện để đứng hàng ngũ rồng Châu Á Với ưu 85 triệu dân giúp Việt Nam có lợi phát triển lĩnh vực viễn thơng, ngành mũi nhọn đóng góp đáng kể cho GDP nước nhà Đây nguyên nhân thúc đẩy ngành truyền thông thông tin nước ta ngày phát triển, đa dạng với dịch vụ phục vụ tốt nhu cầu đời sống người dân Công nghệ 3G dịch vụ kết nối tốc độ cao xuất Việt Nam nhu cầu tất yếu Với tốc độ 2MBps nhà, 384kbps downlink… cho hệ thống truyền hình di động, internet di động…, điều chưa đủ với xã hội công nghệ phát triển thay đổi hàng ngày Tiếp nối phát triển công nghệ không dây, hệ 4G nghiên cứu dần vào đời sống người dân với tốc độ lên tới 1Gbps Một kỹ thuật cốt lõi cho công nghệ 4G kỹ thuật truyền tin sử dụng công nghệ cơng nghệ Mimo Cơng nghệ Mimo nịng cốt truyền tin đưa tốc độ lên cao, kiến trúc sử dụng Mimo kỹ thuật D-Blast hợp kênh không gian - thời gian Chúng ta nghiên cứu kiến trúc để thấy tối ưu tốc độ, độ tin cậy truyền tin hiệu sử dụng phổ tần để cải thiện chất lượng truyền thông đưa chuẩn cho hệ thông tin di động 4G Bản luận văn “Thuật tốn D-BLAST cơng nghệ Mimo” gồm 04 chương, Chương I, II đưa nhìn tổng quan cho người đọc kỹ thuật công nghệ Mimo, chương III phân tích sâu kiến trúc D-Blast Mimo, chương cuối đánh giá hoạt động kiến trúc D-Blast Bản luận án giúp ích cho q trình nghiên cứu sau, phần tồn cảnh cơng nghệ Mimo mà người đọc hiểu sâu kiến trúc với đánh giá hiệu hạn chế thuật toán Hi vọng luận án mạng lại kiến thức bổ ích, thơng tin thiết thực cho người nghiên cứu hệ thông tin di động 4G Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiều tác giả cung cấp sách tham khảo để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn tơi, người thân gia đình động viên tơi hồn thành luận án Chƣơng I Đặt vấn đề 1.1 Nhu cầu truyền dẫn tốc độ cao Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động lịch sử bước nâng cao hiệu sử dụng phổ tần nâng cao tốc độ truyền liệu Thế hệ 1G kết nối analog đáp ứng truyền tiếng nói 3KHz Những năm 1990 hệ 2G đời với kết nối kỹ thuật số Ở châu âu hệ thống giới thiệu kết nối toàn cầu GSM hoạt động băng tần 900 1800MHz với tốc độ truyền liệu kênh đến 22.8kbit/s GSM hoạt động với tảng hệ thống ô BTS MS Mỹ hệ thống 2G dùng TDMA/136 Kỹ thuật TDMA (truy nhập phân chia theo thời gian) tốc độ cao hoạt động theo 02 hướng phát triển HSCSD GPRS cung cấp data lên tới 384kbit/s 172.2 kbit/s Tốc độ truyền dẫn tăng cao hệ truyền dẫn không dây 3G 384kbit/s cho di động 2Mbit/s cho đứng im Các kỹ thuật tối ưu 3G biết đến UMTS, WCDMA UTRA FDD/TDD UMTS giải pháp lựa chọn cho mạng GSM, 850 triệu người dùng 195 quốc gia sử dụng chiếm 70 % thị trường kết nối không dây UMTS thường dùng dải băng tần 2GHz Trong hệ 3G sử dụng cơng nghệ EDGE, có hướng phát triển tốc độ GSM lên hệ EDGE ECSD EGPRS Tốc độ tối đa EDGE 473.6kbit/s EDGE giới thiệu Mỹ, tích hợp với hệ thống TDMA/136, 200 nhà cung cấp sử dụng cơng nghệ này, gọi hệ 2.5G với công nghệ GPRS bước vươn tới UMTS HIPERLAN chuẩn đặc biệt có tốc độ lên tới 54Mbit/s thông thường 24Mbit/s cho ứng dụng, tốc độ truyền dẫn cao yêu cầu băng thông rộng, tần số sóng mang băng tần cao hơn, UHF HIPERLAN sử dụng đoạn băng tần cao từ 5GHz đến 17GHz, cho hệ thống đa phương tiện quảng bá dải băng 40 GHz 60 GHz Các ứng dụng dịch vụ cho hệ thống khác Chuẩn 802.11 áp dụng cho máy tính với tốc độ truyền lên tới hàng trăm Mbit/s gấp 250 lần so với tốc độ giới hạn UMTS Thế hệ 4G cung cấp tốc độ data cao hệ 3G 4G giới thiệu Nhật vào năm 2006, phần tảng 3G tốc độ data tăng lên Theo NTT-DoCoMo tốc độ data hệ thống 4G lên tới 20 – 40 Mbit/s cao khoảng 20 lần so với tốc độ dich vụ internet ADSL WLan có tốc độ truyền data cao 2Mbit Hệ thống Bluetooth thường hoạt động băng tần 2GHz cung cấp tốc độ nhỏ 1Mbit WLan thường dùng chuẩn 802.11b IEEE tốc độ 11Mbit với khoảng cách 50 đến 100m IEEE 802.11a băng tần 5GHz có tốc độ lên tới 54Mbit/s Tại Châu âu sử dụng chuẩn IEEE 802.11a HIPERLAN pha sử dụng băng tần 6GHz Tất đến hệ thống 4G dùng công nghệ MiMo với tốc độ lên tới 1Gbps mà độ rộng băng thông khoảng 100Mhz (ở dải băng tần 3.4GHz - 3.6GHz) Sự phát triển nói nhắm đến việc đáp ứng yêu cầu không ngừng tăng người dùng đầu cuối thiết bị cầm tay với nhiều loại hình dịch vụ phong phú xã hội thông tin đại Trong kỹ thuật MIMO góp phần khơng nhỏ việc tạo hệ thống 4G Hình tóm tắt lại tranh cơng nghệ sử dụng hệ kết nối truyền thông không dây Hình Cơng nghệ sử dụng cho hệ truyền thông không dây [8] Nhu cầu dung lượng hệ thống thông tin không dây thông tin di động, internet hay dịch vụ đa phương tiện tăng lên cách nhanh chóng toàn giới Tuy nhiên phổ tần số lại hạn hẹp muốn tăng dung lượng ta phải tăng hiệu sử dụng phổ tần Những tiến mã hoá, mã kiểm tra chẵn lẻ, mã turbo, tiếp cận đến giới hạn dung lượng Shannon, với hệ thống 1-1 ăngten nhiên đạt hiệu nhiều với hệ thống nhiều ăngten thu nhiều ăngten phát Hiệu phổ tần đặc điểm bật hệ thống Mimo, với mơi trường truyền dẫn lý tưởng dung lượng kênh truyền tăng gần tuyến tính với số lượng ăngten 1.2 Vài nét lịch sử Hệ thống MIMO hệ thống sử dụng nhiều ăngten thu nhiều ăngten phát (Multiple Input – Multiple Output) để truyền thông tin Ngoài khả tạo búp truyền thống (beamforming) hệ thống MIMO phát triển tận dụng phân tập (không gian, thời gian, mã hoá…) khả hợp luồng tín hiệu nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu tốc độ liệu tầm truyền xa Có thể nói Jack Winters (Bell Laboatries, 1984 ) người tiên phong lĩnh vực MIMO mô tả cách thức gửi data từ nhiều người dùng kênh tần số thời gian sử dụng nhiều ăngten máy phát lẫn máy thu lĩnh vực phát thanh, nhiên điểm lại kiện lịch sử phát triển hệ thống MIMO theo góc độ kỹ thuật: Phân tập theo không gian (Spatial diversity) ghép kênh theo không gian (Spatial multiplexing) 1.2.1 Phân tập không gian  Năm 1991: Kỹ thuật phân tập trễ (Delay diversity) phát minh Wittneben  Năm 1998: Kỹ thuật phân tập dùng Mã hố khơng gian - thời gian mắt cáo STTC (Space – Time Trellis Coding) Tarokh  Năm 1999: Alamouti giới thiệu kỹ thuật Mã hoá không gian - thời gian khối STBC (Space – Time Block Coding) 1.2.2 Ghép kênh theo không gian  Năm 1994: Paulraj & Kailath giới thiệu kỹ thuật phân chia mặt đất (Ground breaking results), nêu khái niệm hợp kênh không gian với Patent US năm 1994 nhấn mạnh việc ứng dụng cho phát quảng bá  Năm 1996: Foschini giới thiệu kỹ thuật BLAST (Bell Labs Layered Space Time) nhằm hợp luồng truyền song song kênh fading nhanh Cũng thời gian Foschini Greg Raleigh tạo phương pháp công nghệ có khả tăng hiệu suất thực sử dụng kênh, cấp quyền phát minh Mimo OFDM cho đời chipset “Pre _N” có tên True MiMo  Năm 1997: Winter trình bày kết nghiên cứu tổng quát dung kênh MIMO, chứng minh tiềm phát triển  Năm 1998 sản phẩm mẫu hợp kênh cho tốc độ truyền dẫn cao làm Bell labs  Năm 2001 sản phẩm thương mại hãng Iospan Wireless Inc dùng công nghệ MIMO-OFDMA hỗ trợ mã phân tập hợp kênh không gian  Năm 2006 số công ty Broadcom, Intel đưa giải pháp MIMO-OFDM theo chuẩn IEEE 802.11n Cũng thời gian Beceem Commmnications, Samsung, phát triển MIMO-OFDMA dựa IEEE 802 16e WIMAX Tất đến hệ thống 4G dùng công nghệ MIMO Điểm lại kiện lịch sử để thấy lý thuyết công nghệ MIMO phát triển đột phá thập kỷ qua nhằm tăng tốc độ độ tin cậy đường truyền vô tuyến vốn chịu nhiều tác động can nhiễu bị giới hạn lý thuyết mức thấp theo công thức Shannon (1948) cổ điển Dưới luận văn trình bày mơ hình hệ thống MIMO tổng qt sau tập trung phân tích riêng thuật tốn D-Blast cho kênh fading chậm 43 Hình 20 Ma trận chuỗi bít từ mã Hình 21 Sơ đồ hệ thống xử lý phức tạp nơi thu.[4] Do ký hiệu dòng thu được, đặt theo đường chéo, khe thời gian có (n−1) tín hiệu nhiễu từ ăngten thu khác Ở tín hiệu nhiễu chia thành tín hiệu nhiễu nằm phía đường chéo tín hiệu nhiễu nằm phía đường chéo Bộ thu D-Blast loại bỏ tín hiệu nhiễu đường chéo cách sử dụng mơ hình canceling loại bỏ tín hiệu tách khe thời gian trước Bộ thu D-Blast sử dụng mơ hình Nulling để tìm tín hiệu đường chéo cách loại bỏ ảnh hưởng nhiễu từ ký hiệu phía đường chéo 44 Ta thấy, tồn tín hiệu nhiễu phía đường chéo khe thời gian TS Bộ thu D-Blast thu ký hiệu dòng phát S tương ứng với chuỗi X cách thực canceling Trong khe thời gian thứ (2 đến 3) thứ 3(3 đến 4) tồn tín hiệu nhiễu đường chéo đường chéo, thu D-Blast thu n  ký hiệu thứ thứ dòng phát S1 cách thực canceling nulling Tương tự với khe thời gian Chỉ tín hiệu nhiễu bị khử nulling tồn phía đường chéo khe thời gian TS tới TS n Bộ thu D-Blast thu dòng phát S cách thực Nulling khe thời gian Bộ thu D-Blast tái tạo lại tín hiệu DBlast cách thực lặp lặp lại mơ hình canceling nulling mô tả Tuy nhiên tín hiệu D-Blast phát theo đường chéo Tín hiệu thu sau bao gồm nhiều nhiễu tín hiệu thu trước Chính tín hiệu DBlast thu có tỷ số tín nhiễu dạng bậc thang, cụ thể tín hiệu thu sau có tỷ số tín nhiễu nhỏ tín hiệu thu trước Chính đặc điểm này, nhiều tín hiệu có tỷ số tín nhiễu thấp bao gồm nhiễu mạnh tín hiệu túy Do lỗi xảy có vài tín hiệu có tỷ số tín nhiễu thấp liên tiếp nhau, làm giảm hiệu hiệu chỉnh lỗi hệ thống Người ta xử lý kỹ điều kỹ thuật ghép xen 3.3.1 D-Blast- nulling Đây q trình loại bỏ ký tự khơng mong muốn Cn từ chuỗi data nhận Rn Blast-nulling dùng successive cancellation để loại bỏ nhiễu tầng sẵn sàng giải mã sử dụng lược đồ Gram-Schmidt để làm vô hiệu nhiễu tầng mà phương pháp trực giao với nhiễu không loại bỏ nhiễu Để tìm điểm vào X2,2 tầng “a” tín hiệu nhận thời gian 2 là: y2= H x2 + w2 Xi,2 với i>2 giải mã, X1,2 chưa giải mã y2 tiền xử lý sau : Ma trận kênh là: H=QR, Q ma trận đơn vị, R ma trận tam giác tức ma trận thành phần bên y’ 2= Q+ y2=RX2+ w’2 Trong w’2 =Q+ w2 “+” phép chuyển vị liên hợp 45 Ta có :  y '1, 2t   y ' ,t  y'  Nt , 2t   =   r11 r12 r1Nt  0 r r2 Nt  22      rNtNt    x1, 2t   w'1, 2t   x   w'   2, 2t  +  2, 2t           x Nt , 2t   w' Nt , 2t  (3.1) Hàng thứ ma trận trên: y’2,2T=r22x2,2t +r23x3,2t+….+r2NtxNt,2T+w’2,2T (3.2) Chúng ta nhìn thấy thành phần chưa giải mã X1,2 khơng xuất q trình nulling thành phần giải mã X i,2 với i>2 loại bỏ, ta có : y~2,2t=r22x2,2t+w’2,2t (3.3) Bây ta xác định X2,2 Nếu thành phần Xi,2 với i>2 có giải mã sai giá trị giải mã sai loại bỏ Và X2,2 chống giải mã sai tốt Hiện tượng biết lỗi truyền lan Chúng ta xác nhận tất chuỗi ký tự “a” đưa tất khối vào giải mã Hình 22 Lược đồ giải mã Blast-nulling [6] 46 Chúng ta thấy phần khả cấu trúc hệ thống, lưu ý tăng ích kênh khả dụng theo kinh nghiệm X2,2 r22 tương tự Xi,j ri,j Kiến trúc Blast với giải mã Blast-nulling mơi trường nhiễu trắng độc lập có tăng ích kênh khả dung rii Tương tự trường hợp OSTBC tăng ích kênh khác từ mã truyền qua tất kênh phụ (tất ăngten phát) toàn cấu trúc không gian Dung kênh kênh phụ vơ hướng : Log2(1+pr2ii) (3.4) Trogn :  = SNR/Nt Khi tổng dung kiến trúc Blast-nulling là: CBLAST-nulling=i=1Ntlog2(1+pr2ii) (3.5) So sánh với dung giới hạn kênh Gaussian : Cchannel (H)=log2(det(INr+HH+))=log2(det(INr+RR+)) (3.6) Blast-Nulling gần tối ưu Ví dụ Nt=2, CBLAST-nulling=log2((1+r211)(1+r222)), (3.7) Cchannel=log2((1+r211)(1+r222)+r212) (3.8) Blast-nulling dùng cho lược đồ không gian với ma trận R ( nửa đường chéo ) mà gần tối ưu Ngồi cịn fading 3.3.2 D-Blast –MMSE ( MMSE tối thiểu bình phương trung bình lỗi ) Blast-MMSE loại Blast-Nulling Chúng ta phân tích kiến trúc BlastMMSE trường hợp ăngten truyền ăngten nhận Blast-nulling gần tối ưu, Blast-MMSE tạo tối đa dung kênh lược đồ không gian với ma trận R Sự khác Blast Nulling Blast MMSE nhiễu không giải mã bít vào.Ta có : y’2T=Rx2t+w’2t (3.9) Khi có hàng thứ giải mã X2,2 , bỏ bit giải mã Xi,2 với i>2 : 47 ~ y 2, 2t  ~  r  y r =  1~, 2t  =  11 12  y   r22   2, 2t   x1, 2t   w'1, 2t   x  +  w'   2, 2t   2, 2t  (3.10) Chúng ta muốn xác định X2,2 , ta coi X1,2 nhiễu , ta viết lại công thức sau : ~  w'1, 2t   r12  r  r  y 2, 2t =  12  x2,2t+  11  x1,2t+   =   x2,2t + 0 r22   w' 2, 2t  r22   v1, 2t  v   2, 2t  (3.11) Bây tìm thấy X2,2 nhờ vào dùng ma trận covariance Khi tỷ số SNR : r222+r212/(1+r211) (3.12) Thay r222 trường hợp blast nulling Kiến trúc D-Blast với cách giải mã Blast-MMSE kích thước đa ăngten 2x2 , kênh truyền nhiễu trắng AWGN với độ tăng ích r 11  r222+ r212/(1+ r211) vẽ hình Hình 23 BLAST-MMSE thực ăngten [6] 48 Tổng dung BLAST-MMSE : CBLAST-MMSE = log2(1+ r211)+log2(1+ r222+ r212 /(1+ r211) = log2((1+ r211)(1+ r222)+r212) = Cchannel Dung kênh Blast-MMSE tối đa Hầu hết Blast-MMSE tối ưu, Blast-nulling gần tối ưu (3.13) 49 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA D-BLAST Trong chương đưa số kết mô thuật toán DBlast số kịch cụ thể sử dụng từ tài liệu tham khảo, từ rút nhận xét đánh giá Chúng ta sử dụng hai thuật toán MMSE ZF để so sánh hiệu hai thuật toán 4.1 Một số kết mơ Hình 24: Xác suất lỗi khung trường hợp nt  nr  tốc độ bít kênh [1] 50 Hình 25: Xác suất lỗi khung trường hợp nt  nr  tốc độ bít kênh [1] Hình 26: Xác suất lỗi khung với nt  nr  , tốc độ 16 bit kênh [1] 51 Hình 27: Xác suất lỗi khung với nt  , nr  , tốc độ 16 bit kênh [1] Nhận xét: - Từ hình 24 hình 25 thấy tăng tốc độ từ bit lên bit kênh xác suất lỗi khung SNR=8(dB) với trường hợp bit với trường hợp bít xác suất lỗi khung SNR = 14(dB) Chúng ta dễ ràng thấy tốc độ tăng độ tin cậy giảm - Từ hình 26 vẽ xác suất lỗi khung chiều dài khung 240 thời gian ký hiệu hình 27 vẽ xác suất lỗi khung chiều dài khung 200 thời gian ký hiệu Chúng ta nhận số ănten phát tăng từ lên với chiều dài khung lớn cho ta xác suất lỗi khung tăng lên cao - Đường MMSE ln nằm bên đường ZF, hiệu MMSE tốt ZF trường hợp 52 4.2 Sự so sánh V-Blast D-Blast Hình 28: So sánh hiệu phân tập V-Blast D-Blast [1] Trong họ kiến trúc Blast sử dụng rộng rãi mà cần nhắc đến kiến trúc V-Blast V-BLAST nói đến với kênh truyền MIMO đạt tốc độ liệu cao Luồng data chia thành luồng data nhỏ độc lập gửi ănten khác Khi nghiên cứu V-BLAST ta thấy chưa đạt trao đổi phân tập-hợp kênh tối đa tốc độ thấp: khả phân tập lớn luồng liệu bị giới hạn số ănten thu Tuy nhiên, V-BLAST tối đa cho kênh truyền tốc độ cao, lí là: [1] ví dụ cho kênh truyền x 1, cho số kênh truyền có hệ số kênh cịn lại thỏa mãn (0,1) Khi phân tập đạt luồng liệu gửi ănten phát với độ lợi hợp kênh 0, trái lại tồn kênh truyền có trao đổi phân tập hợp kênh khác Chính mà V-BLAST không lợi hai phương diện độ lợi phân tập độ lợi hợp kênh nên kiến trúc không đạt trao đổi tối ưu cho kênh truyền MIMO 53 Kiến trúc D-BLAST đạt khả phân tập tối đa kênh MIMO Luồng data chia thành luồng truyền kênh độc lập phương diện chéo, kiến trúc D-BLAST với thu MMSE-SIC Biến kênh truyền MIMO thành kênh song song tương đương theo phương pháp biến đổi ma trận trị riêng, phương pháp mã hóa sử dụng cho kênh truyền song song, mã hoán vị…, sử dụng theo kiến trúc D-BLAST mã cho kênh truyền MIMO Hình 29 Hiệu phân tập kiến trúc D-BLAST [1] 4.3 Một số đề D-Blast Đầu tiên nói truyền lỗi Giải mã tầng sau yêu cầu trình giải mã tầng trước xác Nếu tầng trước bị giải mã sai lỗi truyền tới tầng sau không dừng lại vài tầng Do cần bảo vệ tầng có nhiễu mạnh với mức mã hóa đầy đủ Một cách để ngắt lỗi lan truyền khởi tạo lại trình tách: dừng truyền sau vài tầng bắt đầu lại tầng mới, điều làm tăng trình thiết lập ban đầu khởi tạo lại 54 Vẫn đề thứ cấu trúc phân tầng làm tăng độ trễ Chiều dài mã hóa, trải dài từ mã làm tăng thời gian trễ dẫn đến tăng độ dài đệm Tuy nhiên từ mã dài cần thiết để giảm lỗi lan truyền Thuật toán V-Blast tỏ không hiệu với kênh fading chậm, lý khơng sử dụng hết khả phân tập phát không gian nên đường truyền tương đương tồi (deep fading) khơng cứu vãn Thuật toán DBlast khắc phục nhược điểm cho dòng liệu phát song song phát quét ký hiệu dãy ăngten phát xen kẽ Tức sử dụng thêm phân tập phát Trong V-Blast dòng mã mở rộng hàng ngang lưới không thời gian đặt nằm theo chiều thẳng đứng Còn kiến trúc D-Blast lớp vạch chéo qua lưới không thời gian Cải tiến đáng kể D-Blast so với V-Blast mã xuyên ăngten phát Cách trung bình hóa ngẫu nhiên kênh làm tốt tốc độ gần sát dung dừng kênh (outage capacity) So sánh D-Blast Alamouti : Sơ đồ Alamouti coi kiến trúc phát, chuyển MISO fading chậm 2x1 thành SISO fading chậm Mọi mã cho SISO dùng phối hợp với sơ đồ Alamouti cho mã MISO So với DBlast xử lý tín hiệu đơn giản khơng có vấn đề truyền lỗi hay giảm tốc độ Song D-Blast lại làm việc với số tùy ý ăngten phát thu (trong sơ đồ alamouti không tổng quát cho số tùy ý ăngten phát) Thêm sơ đồ Alamouti hoạt động tồi kênh MIMO với nhiều ăngten phát thu Điều khơng D-Blast, sơ đồ alamouti khơng sử dụng hết bậc tự có sẵn kênh Sau số kết so sánh thông qua mô phỏng: Chúng ta thực mô với tốc độ khác với cỡ chòm khác : + Tỷ lệ lỗi khối - 1020 bit với tốc độ truyền b/s/Hz dùng 64QAM 256 QAM 55 + Tỷ lệ lỗi khối-1020 bit với tốc độ truyền bít b/s/Hz dùng 256QAM 1024 QAM Kết thể hình Hình 30 Tỷ lệ lỗi khối - 1024 bít R=6 R=8b/s sử dụng kiến trúc D-BlastMMSE cho ăngten thu 02 ăngten phát.[6] So sánh với đường giới hạn dừng ta thấy tỷ lệ lỗi khối bít 10 -2 D- BLAST_MMSE lệch lên tới 4.8db hai tốc độ, xác suất lỗi bít 10-3 độ lệch 5db tốc độ R=6b/s/Hz 6db cho R= 8b/s/Hz Còn sau so sánh dung kênh kỹ thuật D-Blast V-Blast Hình 31 Dung kiên trúc D-blast tối ưu so với V-Blast.[6] 56 KẾT LUẬN Bản luận án đưa thông tin tổng quát hệ thống Mimo Kiến trúc D-BLAST mang lại khả lớn việc tăng tốc độ độ tin cậy cho hệ thống truyền tin khơng dây Thuật tốn D-Blast kiến trúc kết hợp thành công với loại mã song song khác nhau, để đưa đến tối ưu tốc độ độ tin cậy Để thực thi kiến trúc D-Blast cho hệ thống Mimo phức tạp, đòi hỏi khả xử lý thu phát mạnh, bù lại hiệu thuật tốn mang đến thành cơng lớn việc cải thiện chất lượng truyền thông, đặc biệt kênh fading chậm, tránh tượng fading sâu nhờ việc phát luân phiên tín hiệu tất ănten, xác suất dừng kênh cải thiện, ngồi đạt trao đổi tối ưu dùng kết hợp với loại mã D-BLAST cho thấy tương quan thực độ phức tạp thuật toán Chúng ta nghiên cứu cấu trúc nhận Zeroforcing MMSE, nulling….Chúng ta đưa kết việc mô hệ thống, so sánh chúng với thuật tốn khác, tìm hiểu thiếu xót hệ thống Trong mơi trường fading chậm thuật tốn D-blast kết hợp tối ưu Mimo đem lại cho lợi ích tốc độ truyền tin, đưa chuẩn cho hệ thông tin di động 4G, cho kết hợp với LAN tốc độ cao dòng chuẩn 802.11 Hyper LAN/2 Dự định hướng nghiên cứu : - Sử dụng kết hợp kiến trúc D-blast với mã Turbo code để đưa đến kiến trúc Turbo Blast - Thiết kế mã không thời gian tối ưu cho D-Blast kênh fading chậm 57 Tài liệu Tham khảo Tài liệu tiếng việt: [1] Nguyễn Văn Khoa (2008) “Thuật toán D-Blast cho kênh MIMO fading chậm” Luận án tốt nghiệp đại học, Trường đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà nội, tr 32 – 36 [2] Trịnh Anh Vũ (2008) “ Nghiên cứu kỹ thuật Mimo ứng dụng thông tin vô tuyến hệ thứ ” ,tr 27 Tài liệu tiếng 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 Space–Time Architectures”, pp.30-38 [6] G J Foschini, (Autumn 1996) “Layered space–time architecture for wireless communication in fading environments when using multiple antennas,” Bell Labs Tech J., vol 1, no 2, pp 41–59 [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] Một số nguồn tư liệu lấy từ số trang Web internet ! ... 1Gbps Một kỹ thuật cốt lõi cho công nghệ 4G kỹ thuật truyền tin sử d? ??ng công nghệ cơng nghệ Mimo Cơng nghệ Mimo nịng cốt truyền tin đưa tốc độ lên cao, kiến trúc sử d? ??ng Mimo kỹ thuật D- Blast hợp... Horizontal encoding Vertical encoding 39 3.2 Tầng mã hóa D- Blast (Layered Encoding D- Blast) 40 3.3 Tầng giải mã ( Layered Decoding D- Blast) 43 3.3.1 D- Blast- nulling... 2.7.Qui trình thuật tốn V -Blast 33 Chƣơng III Kỹ thuật D- Blast Hợp kênh không gian – Thời gian (D- BLAST - Spatial Multiplexage ) 37 3.1Kỹ thuật sử d? ??ng thuật toán D- Blast