(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu mã không gian – thời gian phân tán cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -*** - NGUYỄN ĐÌNH THÁI NGHIÊN CỨU MÃ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ( Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội - 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -*** - NGUYỄN ĐÌNH THÁI NGHIÊN CỨU MÃ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ( Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỜNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ VĂN SAN Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Học viên Nguyễn Đình Thái ii LỜI CẢM ƠN Luận văn khép lại trình học tập, nghiên cứu học viên Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Học viên xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn, PGS.TS Vũ Văn San định hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo suốt trình thực luận văn Đồng thời học viên xin bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, thầy cô Khoa Đào tạo Sau Đại học, Khoa Viễn thông Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Trân trọng! Hà Nơi, tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Đình Thái iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC 1.1 Hệ thống truyền dẫn đa đầu vào đa đầu MIMO 1.1.1 Hệ thống truyền dẫn MIMO điểm-điểm .2 1.1.2 Dung lượng kênh truyền MIMO 1.1.3 Các phương pháp truyền dẫn MIMO 1.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác 1.2.1 Khái quát chung 1.2.2 Mơ hình hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác .10 1.2.3 Các giao thức xử lý tín hiệu nút chuyển tiếp 13 1.2.4 Những thách thức truyền thông vô tuyến hợp tác 14 1.3 Kết luận chương 17 CHƯƠNG II MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC 18 2.1 Khái quát chung 18 2.1.1 Mơ hình hệ thống đa ăng-ten 18 2.1.2 Mã hóa khối khơng gian-thời gian 19 2.1.3 Bậc phân tập mã khối không gian-thời gian 22 2.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã DSTC 23 2.2.1 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nút chuyển tiếp đơn ăng-ten sử dụng mã DSTC 23 2.2.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp đa ăng-ten sử dụng mã DSTC 29 iv 2.2.3 Hệ thống tổng quát nút nguồn, nút chuyển tiếp nút đích đa ăng-ten sử dụng mã DSTC 32 2.3 Mã không gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) 35 2.3.1 Khái quát chung .35 2.3.2 Các thiết kế mã không gian-thời gian phân tán trực giao 35 2.4 Kết luận chương 38 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KHÔNG GIAN - THỜI GIAN PHÂN TÁN TRỰC GIAO 39 3.1 Mơ hình hệ thống 39 3.1.1 Mã O-DSTC hệ thống có hai nút chuyển tiếp 39 3.1.2 Mã O-DSTC hệ thống có bốn nút chuyển tiếp 41 3.2 Kịch bản, tham số mô đánh giá hiệu hệ thống 46 3.3 Các kết mô đánh giá hiệu hệ thống 46 3.4 Kết luận chương 49 KẾT LUẬN .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình hệ thống MIMO điểm-điểm Hình 1.2: Mơ hình kênh MIMO tương đương Hình 1.3: Một số kịch trình truyền dẫn từ nút nguồn đến nút đích 11 Hình 1.4: Một số trường hợp truyền dẫn thực tế truyền thông hợp tác 12 Hình 2.1 Hệ thống đa ăng - ten 18 Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã không gian-thời gian phân tán, nút chuyển tiếp đơn ăng - ten 24 Hình 2.3: Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MRC-DSTC sử dụng giao thức AF 30 Hình 2.4: Hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp MIMO- DSTC tổng quát 32 Hình 3.1: Hiệu mạng chuyển tiếp với tín hiệu BPSK .47 Hình 3.2: Hiệu mạng chuyển tiếp với tín hiệu QPSK .48 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt 4G AF AWGN Tiếng Anh The Fourth Generation Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động hệ thứ Amplify and Forward Additive White Gaussian Noise Khuếch đại chuyển tiếp Tạp âm trắng cộng tính Gauss CF Compress-and- Forward Nén chuyển tiếp CR Cognitive Radio Systems Mạng vô tuyến nhận thức Cooperative Relay Network Vô tuyến chuyển tiếp hợp CRN DF tác Decode and Forward Giải mã chuyển tiếp Distributed Space-Time Mã không gian-thời gian Coding phân tán DT Direct Transmission link Kênh truyền trực tiếp FD Full Duplex Song công HD Half Duplex Bán song công International Mobile Chuẩn truyền thông di động Telecommunications quốc tế Imperfect Frequency Không đồng tần số DSTC IMT IPF IPT synchronization ImPerfect Time Không đồng thời gian synchronization IRI Inter-Relay Interference Nhiễu chuyển tiếp ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên kí hiệu Long Term Evolution Các hệ thống phát triển dài LTE LTE-A MIMO hạn tiên tiến LTE Advanced Chuẩn LTE tiên tiến Multiple-Input Multiple- Truyền dẫn đa đầu vào đa Output đầu vii Maximum-Likelihood Giải mã hợp lý cực đại Maximum Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại OD Orthogonal designs Thiết kế mã trực giao O-DSTC Orthogonal DSTC Mã DSTC trực giao Orthogonal-Space Time Block Mã khối không gian-thời Coding gian trực giao Pairwise error probability Xác suất lỗi theo cặp ML MRC OSTBC PEP PF PT QOD Đồng hoàn hảo Perfect Frequency synchronization tần số Đồng hoàn hảo Perfect Time synchronization thời gian Quasi-Orthogonal Designs Thiết kế cận trực giao QO-DSTC Quasi-Orthogonal DSTC Mã DSTC cận trực giao QO-STBC Quasi-Orthogonal STBC Mã STBC cận trực giao Radio Frequency Tần số vô tuyến Spatial Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo RF SDM không gian SISO Single Input Single Output Đơn đầu vào, đơn đầu SNR Signal-to-Noise Ratio Điện toán đám mây STBC Space-Time Block Coding Mã khối không gian-thời gian Space-Time Code Mã không gian- thời gian SpaceTime Encoder Bộ mã hóa khơng gian thời STC STE WAdN WiFi WiMAX WSN gian Wireless Ad hoc Network Mạng tùy biến không dây Wireless Fidelity Mạng cục vô tuyến Worldwide interoperability for Hệ thống tương thích tồn Mircrowave Access cầu qua truy nhập vi-ba Wireles Sensor Network Mạng cảm biến không dây LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển công nghệ điện tử viễn thông công nghệ thông tin, tốc độ phát triển mạng di động nhu cầu người dùng dịch vụ vô tuyến tăng nhanh Tuy nhiên, chất lượng kênh truyền thông vô tuyến thường có tính chất khơng ổn định, biến đổi ngẫu nhiên theo không gian thời gian Trong nguyên nhân tác động đến phẩm chất kênh truyền vô tuyến, nói pha-đinh vơ tuyến, đặc biệt tượng truyền sóng đa đường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng tổng thể hệ thống truyền thông khơng dây Việc cải thiện chất lượng tín hiệu giảm lỗi kênh truyền vô tuyến ảnh hưởng pha-đinh việc vơ khó khăn; kèm theo ảnh hưởng nhiễu Gauss (AWGN) đến chất lượng tín hiệu Đồng thời, khơng thể sử dụng công suất phát cao bổ mở rộng băng thơng điều ngược lại với yêu cầu hệ thống hệ Phương thức truyền dẫn đa đầu vào đa đầu (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) giải pháp hiệu hạn chế tác động tiêu cực tượng pha-đinh đa đường khai thác hiệu đặc tính khơng tương quan kênh truyền vô tuyến môi trường pha-đinh giàu tán xạ, nâng cao chất lượng truyền tin Khái niệm mã không gian-thời gian phân tán DSTC Y Jindi H Jafarkhani [3] áp dụng ý tưởng mã không gian-thời gian (Space-Time Code: STC) hệ thống MIMO điểm-điểm lên mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác, giúp cho thiết bị đơn ăng-ten đạt tăng ích phân tập khơng gian tương tự hệ thống đa ăng-ten Luận văn nghiên cứu lý thuyết mã không gian-thời gian, mã không gian - thời gian phân tán mã không gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác đồng thời phân tích đánh giá hiệu hệ thống sử dụng mã O-DSTC để đưa nhận xét so sánh với loại mã trước Nội dung luận văn “Nghiên cứu mã không gian - thời gian phân tán cho hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác” gồm có chương: Chương 1: Tổng quan truyền thông vô tuyến chuyển tiếp hợp tác Chương 2: Mã không gian thời gian phân tán cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác Chương 3: Đánh giá hiệu mã không gian-thời gian phân tán trực giao 38  x1   x2 x   x  x2 *  x3 *  x4 * * x1  x4 * * x3 * x1 * x2 x4    x3   x2   x1  (2.53) Equatio n Section (Next) Một lần nữa, chuyển vị mã bán trực giao đề xuất ban t đầu chúng tương đương Định nghĩa s   s1 - s  s x  , có * * dạng ban đầu QOD 2.4 Kết luận chương Chương trình bày khái quát mã không gian-thời gian, mã không gian- thời gian phân tán mơ hình hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã không gian thời gian phân tán Đồng thời giới thiệu không gian-thời gian phân tán trực giao, thiết kế mã không gian phân tán trực giao Có thể thấy mã khơng gian- thời gian phân tán trực giao cho phép hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nhận tăng ích phân tập hợp tác tương tự mã STBC sử dụng cho hệ thống MIMO điểm - điểm Phần đánh giá hiệu hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã không gian-thời gian phân tán trực giao trình bày chương III 39 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KHÔNG GIAN - THỜI GIAN PHÂN TÁN TRỰC GIAO 3.1 Mơ hình hệ thống Chương tiến hành đánh giá hiệu hệ thống DSTC trình bày tiểu mục 2.2.1 minh họa Hình 2.2 bao gồm nút nguồn, nút đích R nút chuyển tiếp, nút trang bị ăng-ten dùng cho thu phát Giả thiết không tồn kênh truyền trực tiếp từ nút nguồn đến nút đích giới hạn công suất phát khoảng cách truyền dẫn lớn Ký hiệu f i , i  1, R hệ số pha-đinh từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp thứ i g i , i  1, R hệ số pha-đinh từ nút chuyển tiếp thứ i đến nút đích Nút đích giả thiết có đầy đủ CSI từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp từ nút chuyển tiếp đến nó, nút chuyển tiếp khơng có CSI Tạp âm nút chuyển tiếp nút đích mơ hình hóa biến ngẫu nhiên Gauss phức với phân bố chuẩn (0,1) Nhắc lại mơ hình vô tuyến chuyển tiếp hợp tác với nút chuyển tiếp đơn ăng-ten, lựa chọn sử dụng giao thức AF để khảo sát giới hạn nội dung giả sử khơng có thơng tin kênh nút chuyển tiếp, sau hai pha truyền dẫn tín hiệu thu nút đích biểu diễn tổng quát cơng thức (2.17) Phương pháp tách sóng ML sử dụng nút đích cho cơng thức (2.23) Giá trị phần tử ma trận A i , B i định mã DSTC mã DSTC trực giao (O-DSTC) hay mã DSTC cận trực giao (QO-DSTC) Do giới hạn khuân khổ nội dung luận văn, chương thực khảo sát hiệu hệ thống sử dụng mã O-DSTC với số nút chuyển tiếp ( R = 2, ) 3.1.1 Mã O-DSTC hệ thống có hai nút chuyển tiếp Trong trường hợp hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác có hai nút chuyển tiếp đơn ăng-ten, mã O-DSTC kích thước  có dạng biểu diễn sau: 40  s1 S   s2  s2  *  s1  * (3.1) ma trận phân tán có dạng sau 1 A1   0  1   0 0  ; B1  ; A  ; B   1 1 * Pha quảng bá Các symbol tín hiệu điều chế mã hóa thành véc tơ symbol thơng tin s  s s2  T sH s    với chuẩn hóa cơng suất từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp Khi nút nguồn phát P1T s , P1 cơng suất phát trung bình nút nguồn khe thời gian truyền dẫn (một chu kỳ symbol) Tín hiệu nhận nút chuyển tiếp thứ là:  r1,1   P1T f1s  n 1,1  r1        r1,   P1T f1s  n 1,   s1  P1T f1    s   n 1,1     n 1,  (3.2)  s1  P1T f    s   n ,1    n ,2  (3.3) nút chuyển tiếp thứ hai sau:  r2 ,1   P1T f 2s  n ,1  r2      r2 ,   P1T f 2s  n ,  viết dạng tổng qt trình bày cơng thức (2.13) Véc-tơ tín hiệu phát t  T 1 nút chuyển tiếp thứ có dạng sau: t1  t1  P2 P1 1 f1  P1   A r 1 1 0  1 P1 P2 T  s1    s   s1  f1    P1   s  P1 P2 T t1  Tương tự véc-tơ tín hiệu phát t  T 1 t2   B 1r1 *  (3.4) 1  P1   P2 0  1  n 1,1    P1   n 1,  P2  n 1,1     n 1,  (3.5) (3.6) nút chuyển tiếp thứ hai có dạng sau: P2 P1 A 1 r2  B r2 *  (3.7) 41 t2    s 1*     s 2*  0 f2  P1   P1 P2 T t2  0  P1   P2    n ,1   *    n ,2  * (3.8)  -n 2* ,2   *  P1   n ,1   -s 2*  f2    P1   s 1*  P1 P2 T P2 (3.9) * Pha hợp tác Các nút chuyển tiếp hợp tác với phát véc-tơ phát, tín hiệu thu nút đích có dạng sau: y   t1 y P1 P2 T  s  P1  s t2 g  nd  n 1,1  P1   n 1,2  s   f1g   *   s1   f2g  * P2 (3.10) -n ,2   g    * n ,1   g  *  n d1     n d2  (3.11) Như tín hiệu thu nút đích biểu diễn cơng thức (3.11) có dạng mã O-DSTC kích thước  biểu diễn công thức (3.1) viết lại dạng sau để thuận cho biểu diễn trình giải mã: y P1 P2 T  f1g  P1   f g  f2 g   s1   * *   f1 g  s  * *  g 1n 1,1  g 2n 2* ,2   * *  * P1   g n 1,2  g n ,1  P2  n d1   *  n d  (3.12) Nút đích sử dụng phương pháp giải mã ML trình bày công thức (2.23) Để cho ngắn gọn phần khơng trình bày lại 3.1.2 Mã O-DSTC hệ thống có bốn nút chuyển tiếp Chúng ta xem xét việc sử dụng OD sau có tỷ lệ ký hiệu 3/4:  s1  *  s2 S  *  s3   s2 s3 * s 0  s1 * s3 *  s2 *   s3  s2    s1  (3.13) Nó sử dụng mạng với T1= 3, T2= R= Các ma trận sử dụng nút chuyển tiếp là: 42 1  A1   0  0 0  A3   0  0 0  B1   0  0 0 0 0 1 0   B3   1   0  , 0  0 0  A2   0  0 1  , 0  0 0  A4   0  1 0  , 1  0 0 1 0  B2   0  0 0  , 0  0 0 0 0 0 0   0  0 0   0  0 0   0  1 B  43 * Pha quảng bá Trong trường hợp hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng nút chuyển tiếp đơn ăng-ten symbol thông tin gian  T1   với R 4 symbol tín hiệu điều chế mã hóa thành véc tơ s  s s2 s3  T , có nghĩa pha quảng bá diễn ba khe thời chuẩn hóa cơng suất sH s    từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp Khi nút nguồn phát P1T s , P1 cơng suất phát trung bình nút nguồn khe thời gian truyền dẫn (một chu kỳ symbol) Tín hiệu nhận nút chuyển tiếp thứ là:  r1,1   P1T f1s  n 1,1      r1   r1,    P1T f1s  n 1,    r1,3   P T f s  n     1 1,3   nút chuyển tiếp thứ hai sau:  s   n 1,1      P1T f1 s   n 1,     s   n 1,3  (3.14) 43  r2 ,1   P1T f 2s  n ,1      r2   r2 ,    P1T f 2s  n ,    r2 ,3   P T f s  n     ,3    s   n ,1      P1T f s   n ,     s   n ,3  (3.15)  s   n ,1      P1T f s   n ,     s   n ,3  (3.16)  s   n ,1      P1T f s   n ,     s   n ,3  (3.17) nút chuyển tiếp thứ ba sau:  r3 ,1   P1T f 3s  n ,1      r3   r3 ,    P1T f 3s  n ,    r3 ,3   P T f s  n     3 ,3   nút chuyển tiếp thứ bốn sau:  r4 ,1   P1T f 4s  n ,1      r4   r4 ,    P1T f 4s  n ,    r4 ,3   P T f s  n     4 ,3   viết dạng tổng quát trình bày cơng thức (2.13) Véc-tơ tín hiệu phát t  T 1 nút chuyển tiếp thứ có dạng sau: P2 A r P 1 t1   B 1r1 * 1  (3.18) t1   t1  1  P1 P2 T  f1 P1    0 0  P1 P2 T  f1 P1    0 s    P1 P2 T   f1  P1      0 1 0 0 0 0   s1     s  0     s  0 0 *  s   *  s  1  *   s  0    n 1,1    P2    P1        1  P2  P1    0 0  P2  P1    0 0 0 1 0    * P1 P2 T  -s  f1  * P1   s      0   n 1,1    n  1,  0    n ,3  0  0 *   n 1,1   *   n 1, 1  *    n ,  0     *  P2   n 1,  * P1   n 1,      (3.19) (3.20) 44  s1   * P1 P2 T  -s  f1  * P1   s      t1  T 1 Tương tự véc-tơ tín hiệu phát t  t2  0  P1 P2 T  f2 P1    0 t2   0 0  P1 P2 T  f2 P1    0 0 0 T 1 Tương tự véc-tơ tín hiệu phát t  t3  0  P1 P2 T  f3 P1    0 t3   0 0   P1 P2 T  f3 P1      P2 P1  A r2  B r2 * 0  P2  P1    0 0 *  s   *  s  0  *    s3  1   0 1 (3.22) 0   n ,1    n  ,2  0    n ,3  0  0 0 *   n ,1   *   n ,2 0  *    n ,  1  0 0 n ,2   *  P2  n ,1  P1     *   n ,3  (3.23) (3.24) nút chuyển tiếp thứ ba có dạng sau: P2 P1  1   s1     s  0     s  0  0  P2  P1    0 s   * P1 P2 T  s  f2  P1     * s  t2  (3.21) nút chuyển tiếp thứ hai có dạng sau: 0   s1     s  0      s  0  n 1,1   *  P2   n 1,  * P1   n 1,3      A r  B r3 * 3 0  P2  P1    0 0 *  s   *  s  0  *   s  3 0    0 0   P2  P1      (3.25) 1   n ,1    n  3,2  0    n ,3  0  0 1 0 *   n ,1   *   n 3,2 0  *   n  ,  0  (3.26) 45 t3  Tương tự véc-tơ tín hiệu phát t  T 1 t4  0 0  P1 P2 T  f4 P1    0 P2  t4  P1  0   s1     s  0      s  0 0 0 (3.27) nút chuyển tiếp thứ tư có dạng sau: t4  0  P1 P2 T  f4 P1    1  n ,3    P2   * P1    n ,1   *   n 3,2   s3    P1 P2 T   f3  * P1    s   *  s  A r  B r4 * 4  0  P2  P1    1 0 *  s   *  s  0  *    s3  0   0  P2  P1    0 (3.28) 0   n ,1    n  ,2  0    n ,3  0  0 0 *   n ,1   *   n ,2 0  *    n ,  0  0 0     P2  n ,3  P1   n ,      n ,1      P1 P2 T  s  f4  P1   s     s1  (3.29) (3.30) * Pha hợp tác Các nút chuyển tiếp hợp tác với phát véc-tơ phát, tín hiệu thu nút đích có dạng sau: y   t1 y   s1  * P1 P2 T  -s * P1   s   s2 s3 * 0 s s * s3 * s *   f1g    s3 f g  2  s   f3g    s1   f g  t2 t3 t4 g  nd  n 1,1  * P2   n 1, * P1   n 1,3   n ,2 n * ,1 * n ,3 (3.31) n ,3  n ,1 * n 3,2 *   g1   n ,3  g   n d n ,2   g     n ,1   g  (3.32) Như tín hiệu thu nút đích biểu diễn cơng thức (3.32) có dạng mã O-DSTC biểu diễn cơng thức (3.13) 46 Nút đích sử dụng phương pháp giải mã ML trình bày cơng thức (2.23) Để cho ngắn gọn phần khơng trình bày lại 3.2 Kịch bản, tham số mô đánh giá hiệu hệ thống Kịch mô đánh giá hiệu hệ thống sử dụng hai tín hiệu điều chế BPSK, QPSK tiến hành đánh giá mức độ tăng ích phân tập đạt hệ thống sử dụng hai bốn nút chuyển tiếp đơn ăng-ten Cơng suất phát tồn mạng P cho tất kịch mơ chuẩn hóa hai cấu hình hệ thống với hai hay bốn nút chuyển tiếp Như trình bày chương để tối ưu hóa tỉ số SNR phân bổ công suất tối ưu cho nút nguồn, nút chuyển tiếp phải thực biểu diễn theo công thức (2.29) Lưu ý R tổng số nút chuyển tiếp hệ thống Trong trường hợp hệ thống có hai nút chuyển tiếp mã O-DSTC biểu diễn công thức (3.1) hệ thống có bốn nút chuyển tiếp mã O-DSTC biểu diễn công thức (3.13) [5] Pha đinh giả sử pha đinh Rayleigh phẳng, chậm với khoảng thời gian đồng  s ,  s chu kỳ symbol Các hệ số pha đinh mơ hình hóa biến ngẫu nhiên phức phân bố chuẩn đồng độc lập với kỳ vọng phương sai đơn vị Nút chuyển tiếp khơng có thơng tin trạng thái kênh từ nút nguồn đến f thông tin trạng thái kênh từ đến nút đích g Có nghĩa nút chuyển tiếp nhận tín hiệu từ nút nguồn tiếp hành khuếch đại chuyển tiếp hợp tác với để tín hiệu thu nút đích có dạng mã O-DSTC Nút đích có đầy đủ thông tin trạng thái kênh từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp f cũng biết thông tin trạng thái kênh từ nút chuyển tiếp đến nút đích g Tạp âm nút chuyển tiếp nút đích giả sử biến ngẫu nhiên phức độc lập có phân bố đồng với kỳ vọng phương sai đơn vị 3.3 Các kết mô đánh giá hiệu hệ thống Trong phần trình bày hiệu mơ mã O-DSTC trực giao so sánh hệ thống có hai bốn nút chuyển tiếp sử dụng phương pháp mô 47 Monte-Carlo phần mềm Matlab Hiệu đánh giá phẩm chất hệ thống thể thông qua tỷ lệ lỗi bit (BERs) Kết mơ thể tính tốn nhân ma trận tín hiệu thu (y) (3.11) (3.32) với ma trận kênh H sau biểu diễn với trục hồnh tổng cơng suất phát tồn mạng P chuẩn hóa theo dB trục tung biểu diễn giá trị BER hệ thống Thực đánh giá hiệu hệ thống với hai loại tín hiệu điều chế điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) điều chế khóa dịch pha bốn trạng thái (QPSK) Để đánh giá bậc phân tập hợp tác nhận hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thay đổi số nút chuyển tiếp, luận văn khảo sát hệ thống dùng hai nút chuyển tiếp Hình 3.1: Hiệu mạng chuyển tiếp với tín hiệu BPSK Hình 3.1 minh họa so sánh hiệu mạng vô tuyến chuyển tiếp sử dụng nút chuyển tiếp đơn ăng-ten sử dụng tín hiệu điều chế BPSK Có thể thấy phẩm chất mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác với nút chuyển tiếp (kí hiệu O-DSTC T R 4 ) tốt so với mạng vô tuyến chuyển tiếp 48 hợp tác sử dụng nút chuyển tiếp (kí hiệu O-DSTC T R 2 ) tồn dải cơng suất khảo sát Điều có tăng ích phân tập hợp tác mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 nhận cao so với mạng vô Ví dụ để đạt phẩm chất BER=10-3 cơng suất phát tồn mạng mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 cần 19 dB mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 yêu cầu 24 dB Có nghĩa, mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 giảm u cầu mức cơng suất phát tồn mạng dB so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 Tuy nhiên mức giảm yêu cầu công suất phát không đáng kể vùng tổng mức công suất phát tồn mạng nhỏ (vùng cơng suất dB) Hình 3.2: Hiệu mạng chuyển tiếp với tín hiệu QPSK Hình 3.2 minh họa so sánh hiệu mạng vô tuyến chuyển tiếp sử dụng nút chuyển tiếp đơn ăng-ten sử dụng tín hiệu điều chế QPSK Những kết luận ưu điểm mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 R 4 so ta nâng mức điều chế từ (sử dụng tín hiệu điều chế BPSK) lên (sử dụng tín hiệu điều chế 49 QPSK) Nhưng mức độ chênh lệch công suất giá trị BER tương ứng bị giảm Ví dụ, giá trị BER=10-3 mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 giảm yêu cầu mức cơng suất phát tồn mạng dB so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 Điều khơng có nghĩa tăng ích phân tập hợp tác mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 R 4 hay mạng vô giảm Lý ta tăng mức điều chế chịm tín hiệu sử dụng cho hệ thống làm giảm khoảng cách Euclid điểm liền kề chịm tín hiệu Vì phẩm chất toàn hệ thống bị suy giảm theo tăng ích phân tập hợp tác mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác không giảm Mã O-DSTC sử dụng mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC phân tập tồn phần Tuy nhiên, tỉ lệ mã mã O-DSTC T mã O-DSTC T T R 4 R 4 T R 2 R 2 mã ¾ Có nghĩa, mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC đạt tăng ích phân tập hợp tác tốt so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 chuyển tiếp hợp tác O-DSTC hợp tác O-DSTC T R 4 Ngược lại, hiệu suất truyền dẫn mạng vô tuyến T R 2 tốt so với mạng vô tuyến chuyển tiếp mã O-DSTC T R 4 O-DSTC T R 2 có độ phức tạp giải mã đơn symbol 3.4 Kết luận chương Tóm lại, chương đánh giá hiệu thiết kế mã DSTC trực giao (O-DSTC) với hai bốn nút chuyển tiếp mạng vô tuyến chuyển tiếp Đồng thời xây dựng kịch mô đánh giá hiệu hệ thống sử dụng hai tín hiệu điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) khóa dịch pha bốn trạng thái (QPSK) Có thể thấy mã O-DSTC T cao so với mã O-DSTC T R 2 tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 R 4 đạt tăng tích phân tập hợp tác Tuy nhiên, hiệu suất truyền dẫn mạng vô R 2 tốt so với mạng vô tuyến chuyển Nội dung chương nội dung trọng tâm luận văn đáp ứng mục tiêu đề tài đặt 50 KẾT LUẬN Nội dung luận văn nghiên cứu lý thuyết mã không gian, thời gian phân tán mã khơng gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC); trình bày thiết kế sử dụng loại mã khơng gian-thời gian phân tán, đưa mơ hình hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng loại mã Đồng thời, luận văn phân tích, đánh giá hiệu mã khơng gian-thời gian phân tán trực giao cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác thông qua kết mô Từ đưa nhận xét, so sánh với loại mã sử dụng trước để thấy tính ưu việt, vượt trội mã khơng gian-thời gian phân tán trực giao hiệu năng, phân tập tồn phần chất lượng tín hiệu Các kiến thức tảng kết nghiên cứu trình bày luận văn với bố cục ba chương sau: (1) Tổng quan truyền thông vô tuyến hợp tác; (2) Mã không gian thời gian phân tán cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác; (3) Đánh giá hiệu mã không gian thời gian phân tán trực giao Các nội dung trình bày luận văn đáp ứng mục tiêu mà đề cương xây dựng Từ thấy việc nghiên cứu tìm hiểu mã khơng gian-thời gian phân tán trực giao hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nội dung có ý nghĩa thiết thực Đồng thời, cần phải xác định hướng nghiên cứu trường hợp nút chuyển tiếp có chứa thơng tin trạng thái kênh (DF) nghiên cứu áp dụng kỹ thuật tạo búp sóng (Beamforming) để nâng cao tăng ích phân tập hệ thống 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Xuân Nam, Lê Minh Tuấn, Xử lý tín hiệu không gian-thời gian, Học viện kỹ thuật quân sự, Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật, 2013 [2] Trần Thế Nghiệp, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống vô tuyến hợp tác MIMO không đồng thời gian”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự, 2017 Tiếng Anh [3] J Yindi, "Combination of MRC and Distributed Space-Time Coding in Networks with Multiple-Antenna Relays," IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol 9, No 8, pp 2550-2559, Aug 2010 [4] S Alamouti, "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless communications," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol 16, No 8, pp 1451-1458, 1998 [5] J Yindi and H Jafarkhani, "Using Orthogonal and Quasi-Orthogonal Designs in Wireless Relay Networks," IEEE Transactions on Information Theory, Vol 53, No 11, pp 4106-4118, Nov 2007 BẢN CAM ĐOAN Tôi cam đoan thực việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung luận văn qua phần mềm DOIT cách trung thực đạt kết mức độ tương đồng 7% toàn nội dung luận văn Bản luận văn kiểm tra qua phần mềm cứng luận văn nộp để bảo vệ trước Hội đồng Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Học viện Hà Nơi, tháng 11 năm 2020 Học viên Nguyễn Đình Thái ... không gian- thời gian, mã không gian - thời gian phân tán mã không gian- thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác đồng thời phân tích đánh giá hiệu hệ thống sử dụng mã. .. gian- thời gian, mã không gian- thời gian phân tán mơ hình hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã không gian thời gian phân tán Đồng thời giới thiệu không gian- thời gian phân tán trực giao,... mã trước Nội dung luận văn ? ?Nghiên cứu mã khơng gian - thời gian phân tán cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác? ?? gồm có chương: Chương 1: Tổng quan truyền thông vô tuyến chuyển tiếp hợp tác