Nghiên cứu mã không gian thời gian phân tán cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác (tóm tắt luận văn ngành kỹ thuật viễn thông)

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 Chun ngành: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2020 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ VĂN SAN Phản biện 1: ……………………………………… Phản biện 2: ………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI NĨI 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 thơng vơ 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 vơ 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 không dây Việc cải thiện chất lượng tín hiệu giảm lỗi kênh truyền vơ tuyến ảnh hưởng pha-đing việc vô khó khăn; kèm theo ảnh hưởng nhiễu Gauss (AWGN) đến chất lượng tín hiệu Đồng thời, 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 MultipleOutput) 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 gianthời gian phân tán DSTC Y Jindi H Jafarkhani 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 không gian tương tự hệ thống đa ăng-ten Luận văn nghiên cứu lý thuyết mã khối không gian-thời gian, mã khối không gian thời gian phân tán mã khối không gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nhằm nâng cao phẩm chất, độ tin cậy phương thức trình truyền tin vơ tuyến 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 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 Trong hệ thống truyền thông không dây, giới hạn hiệu hệ thống nằm lớp vật lý, dung lượng truyền bị giới hạn độ khả dụng phổ tần số, định luật truyền sóng vơ tuyến lý thuyết thơng tin Ba phương pháp để tăng hiệu mạng vô tuyến là: tăng mật độ triển khai điểm truy cập (tức tăng hệ số sử dụng lại tần số); bổ sung thêm băng tần áp dụng kỹ thuật tăng hiệu suất sử dụng phổ[2] Do việc triển khai thêm điểm truy cập cấp phát dải tần tốn không dễ dàng, nênnhu cầu tối đa hóa hiệu suất phổ băng tần cho trước điều tất yếu Kỹ thuật MIMO (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) phương pháp khả thi để cải thiện hiệu suất phổ cách sử dụng chiều khơng gian Hình 1.1: Mơ hình hệ thống MIMO điểm-điểm 1.1.2 Dung lượng kênh truyền MIMO Dung lượng kênh truyền (channel capacity) định nghĩa tốc độ truyền dẫn tối đa với xác suất lỗi tương đối nhỏ Dung lượng kênh truyền chịu ảnh hưởng tạp âm nhiễu cộng trắng Gauss theo định lý Shannon tính sau: CSISO= W log2(1 + ρ∣h∣2) [bits/s] W băng tần kênh truyền tính Hz ρ|h|2 tỉ số tín hiệu tạp âm (SNR) đầu vào máy thu Từ công thức thấy với kênh vơ tuyến có độ rộng băng tần định không sử dụng phân tập không gian (SISO: Single Input Single Output) dung lượng kênh truyền tỉ lệ với SNR đầu vào máy thu theo luật logarith Vì vậy, muốn tăng dung lượng kênh truyền có cách tăng công suất phát Tuy nhiên, mối quan hệ logarith nên dung lượng kênh truyền SISO tăng chậm [1] 1.1.3 Các phương pháp truyền dẫn MIMO Các phương pháp truyền dẫn phân loại thành hai nhóm sau: - Ghép kênh phân chia theo khơng gian (SDM: Spatial Division Multiplexing): phương pháp tập trung vào việc gia tăng tốc độ truyền dẫn cách truyền đồng thời loạt luồng tín hiệu độc lập qua ăng-ten phát sử dụng máy thu có độ phức tạp thấp để trì tỉ số lỗi bít cho phép Phương pháp cho phép thu độ tăng ích ghép kênh (multiplexing gain) lớn - Mã không gian-thời gian (STC: Space-Time Codes): khác với phươngpháp ghép kênh theo không gian, mã không gian-thời gian kết hợp việc mã hóa luồng tín hiệu để tối đa hóa độ tăng ích phân tập (diversity gain) nhằm giảm thiểu tỉ số lỗi bít (BER) 1.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác 1.2.1 Khái quát chung Phương thức truyền dẫn vô tuyến chuyển tiếp hợp tác dựa nguyên tắc chuyển tiếp vô tuyến, thiết bị đầu cuối đơn ăng-ten nhờ trợ giúp chuyển tiếp tín hiệu nút (trạm) trung gian nhận lợi ích tương tự hệ thống MIMO điểm-điểm mà không gặp phải hạn chế thiết bị đa ăng-ten Phương thức truyền dẫn thông qua hỗ trợ cộng tác nút trung gian tạo nên mạng ăngten ảo cho phép hệ thống nhận tăng ích ghép kênh, tăng ích phân tập hay tăng ích mảng gọi truyền thơng hợp tác (cooperative communication) hay vô tuyến chuyển tiếp hợp tác (CRN: Cooperative Relay Network) [2] Truyền thông hợp tác có khả tăng dung lượng kênh truyền thơng lượng truyền dẫn, mở rộng vùng phủ sóng, nâng cao phẩm chất hệ thống, giảm công suất phát đảm bảo vùng phủ sóng, giảm kích thước giá thành thiết bị việc triển khai hệ thống mạng 1.2.2 Mơ hình hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác Không giống kỹ thuật truyền dẫn MIMO điểm-điểm truyền thống, truyền thông hợp tác cho phép trạm (nút) trung gian mơi trườngtruyền sóng vơ tuyến chia sẻ ăng-ten cho nút khác mạng sử dụng Nhờ vậy, cải thiện tăng ích phân tập hợp tác, tăng dung lượng truyền dẫn, mở rộng vùng phủ sóng, nâng cao phẩm chất hệ thống, giảm kích thước giá thành triển khai mạng Trong trường hợp tổng quát, trình truyền dẫn tín hiệu từ nút nguồn đến nút đích hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác MIMO chiều, hai chặng diễn hai pha truyền dẫn: i) pha quảng bá, nút nguồn phát tín hiệu cách quảng bá, nút chuyển tiếp, nút đích hai nhận tín hiệu; ii) pha hợp tác, nút nguồn nút chuyển tiếp hai phát tín hiệu đến nút đích [2] Hình 1.3: Một số kịch trình truyền dẫn từ nút nguồn đến nút đích truyền thơng hợp tác MIMO 1.2.3 Các giao thức xử lý tín hiệu nút chuyển tiếp 1.2.4 Những thách thức truyền thông vô tuyến hợp tác a) Hiện tượng không đồng b) Yêu cầu nhiều chuỗi RF nút chuyển tiếp c) Sử dụng phương thức chuyển tiếp FD hay HD? d) Lựa chọn đối tác, tăng thời gian trễ tổng thể, lập lịch phức tạp tăng trường mào đầu 1.3 Kết luận chương Chương trình bày khái niệm hệ thống MIMO điểm - điểm, dung lượng kênh truyền MIMO phương pháp truyền dẫn MIMO Phương thức truyền dẫn MIMO điểm-điểm bị ảnh hưởng lớn tượng bóng dâm, cự ly truyền dẫn lớn Sử dụng phương thức truyền thông vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác trình bày giải nhược điểm giải pháp truyền thông vô tuyến điểm- điểm 6 CHƯƠNG II MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HỢP TÁC 2.1 Khái quát chung Ý tưởng mã không gian-thời gian phân tán (DSTC) bắt nguồn từ mã khối khơng gian -thời gian (STBC), có nghĩa mã STBC sử dụng cho hệ thống MIMO điểm - điểm cho phép hệ thống nhận tăng ích phân tập khơng gian câu hỏi đặt “Liệu sử dụng mã STBC nhờ hợp tác nút chuyển tiếp hệ thống vô tuyến chuyển tiếp có giúp hệ thống nhận tăng ích phân tập để cải thiện phẩm chất hay không?” Chương trình bày vấn đề mã STBC, bậc phân tập hệ thống MIMO điểm - điểm sử dụng mã STBC ứng dụng mã STBC hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác 2.1.1 Mơ hình hệ thống đa ăng-ten Một hệ thống đa ăng-ten có hai người dùng Một máy phát máy thu Máy phát có M ăng ten phát máy thu có N ăng ten thu, minh họa Hình 2.1 Có kênh không dây cặp ăng-ten phát thu Với mơ hình kênh pha-đinh Rayleigh, khe thời gian thứ t, kênh ăng ten phát thứ m ăng ten thu thứ n biểu diễn hệ số lan truyền, ht,mn Hình 2.1 Hệ thống đa ăng-ten 2.1.2 Mã hóa khối khơng gian-thời gian Mã hóa khối khơng gian-thời gian (STBC: Space-Time Block Coding) kỹ thuật mã hóa sử dụng cho trường hợp máy phát trang bị nhiều ăng-ten phát Sự mã hóa thực miền khơng gian miền thời gian nhằm tạo tương quan tín hiệu phát từ ăng-ten khác thời điểm khác Nhờ ta cực đại hóa hệ số tăng ích phân tập (diversity gain) hệ số tăng ích mã hóa (coding gain) Mã hóa khơng gian -thời gian sơ đồ truyền dẫn cho hệ thống nhiều ăng-ten để đạt phân tập không gian nhiều ăng-ten cung cấp Để sử dụng mã hóa khơng-thời gian, giả sử mơ hình kênh pha đinh khối với khoảng kết hợp T Khi xem xét kênh truyền khoảng thời gian liên tục, ma trận kênh Ht xem với t 2.1.3 Bậc phân tập mã khối không gian-thời gian Chúng ta xem xét kết xác suất lỗi thứ tự phân tập mã hóa khôngthời gian Các kênh giả định theo phân phối Gauss đối xứng vịng với phương sai trung bình đơn vị phương sai Do đó, độ lớn kênh tuân theo phân phối Rayleigh Đối với hệ thống đa ăng-ten với M ăng-ten phát N ăng-ten thu, với mã hóa khơngthời gian, xác suất lỗi theo cặp (PEP: pairwise error probability) từ mã không-thời gian Sk với từ mã Sl khác, tính trung bình phân phối kênh, có giới hạn sau: Sk Với M kl Sk  Sl  * Sk  S l   det N PT   I  M M kl   4M    S l  Từ công thức thấy để giảm thiểu giới hạn PEP, Mkl phải ma trận xếp hạng đầy đủ Tức là, tập mã hóa kế cho Sk - Sllà ma trận hạng đầy đủ cho Sk, Sl∈ phải thiết S k  S l Một mã cho phân tập tồn phần 2.2 Hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã DSTC 2.2.1 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nút chuyển tiếp đơn ăng-ten sử dụng mã DSTC Q trình truyền dẫn tín hiệu từ nguồn đến đích hệ thống DSTC diễn hai pha truyền dẫn Trong pha thứ nhất, nút nguồn (máy phát) phát quảng bá thông tin đến tất nút chuyển tiếp Trong pha thứ hai, nút chuyển tiếp hợp tác với để phát tín hiệu thu đến nút đích Các nút chuyển tiếp hợp tác với chuyển tiếp tín hiệu nhận từ nút nguồn đến nút đích cho tín hiệu thu có cấu trúc dạng từ mã khơng gian-thời gian nhằm nhận phân tập hợp tác Điểm khác biệt so với hệ thống MIMO điểm-điểm thông thường, hệ thống vô tuyến hợp tác từ mã không gian-thời gian phát ăng-ten phân tán thiết bị người dùng khác nhau, cấu trúc mã gọi mã không gian-thời gian phân tán DSTC [2] 8 Xét hệ thống DSTC tổng quát 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 chuyển tiếp thứ i g i , i  1, R f i , i  1, R hệ số pha-đinh từ nút nguồn đến nút 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) Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến chuyển tiếp hợp tác sử dụng mã không gianthời gian phân tán,nút chuyển tiếp đơn ăng – ten [2] 2.2.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp đa ăng-ten sử dụng mã DSTC Tăng ích phân tập hợp tác hệ thống DSTC cải thiện nút chuyển tiếp trang bị đa ăng-ten so với hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác nghiên cứu mục 2.1 Khi hệ thống vô tuyến chuyển tiếp với nút chuyển tiếp trang bị đa ăng-ten có hai phương pháp xử lý tín hiệu trước chuyển tiếp tới nút đích Phương pháp thứ nhất, tín hiệu phát từ ăng-ten nút chuyển tiếp kết hợp tín hiệu thu ăng-ten liên hợp phức Phương pháp xử lý tín hiệu chưa tối ưu nút chuyển tiếp thu tín hiệu từ nhiều ăng-ten Vì vậy, phương pháp thứ hai, tín hiệu phát ăng-ten nút chuyển tiếp thiết kế kết hợp tỉ lệ cực đại (MRC: Maximal Ratio Combining) tín hiệu thu tất ăng-ten nút chuyển tiếp để nhận phân tập thu lớn Để đơn giản, trước tiên xem xét hệ thống vô tuyến chuyển tiếp, nút chuyển tiếp đa ăng-ten sử dụng mã DSTC (MIMODSTC), nút nguồn nút đích đơn ăng-ten minh họa Hình 2.3 (gọi tắt sơ đồ MRC- DSTC AF) Giả thiết nút chuyển tiếp có R ăng-ten dùng cho thu phát theo chế độ HD Kí hiệu f véc-tơ hệ số pha-đinh kích thước × R từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp g véc-tơ hệ số pha-đinh kích thước R × từ nút chuyển tiếp đến nút đích Hình 2.3: Hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp MRC-DSTC sử dụng giao thức AF[3] 2.2.3 Hệ thống tổng quát nút nguồn, nút chuyển tiếp nút đích đa ăng-ten sử dụng mã DSTC Chúng ta xem xét hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác MIMO-DSTC tổng quát gồm nút nguồn, nút đích nút chuyển tiếp trang bị đa ăng-ten minh họa Hình 2.4 Giả thiết nút nguồn trang bị NS ăng-ten, nút đích có ND nút chuyển R tiếp thứ i có Ri ăng-ten Tổng số ăng-ten nút chuyển tiếp R   R i Kí hiệu Fi ma i 1 trận hệ số pha-đinh kích thước NS × Ri từ nút nguồn đến nút chuyển tiếp thứ i với fij véc-tơ hệ số pha-đinh từ nút nguồn đến ăng-ten thứ j nút chuyển tiếp thứ i Gi ma trận hệ số phađinh kích thước Ri × ND từ nút chuyển tiếp thứ i đến nút đích với gij hệ số pha-đinh từ ăng-ten thứ j nút chuyển tiếp thứ i đến nút đích Hình 2.4: Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO- DSTC tổng quát [2] 10 2.3 Mã không gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) 2.3.1 Khái qt chung Mã hóa khơng gian-thời gian phân tán đề xuất để đạt phân tập tồn phần mạng chuyển tiếp khơng dây lại khơng có thơng tin kênh nút chuyển tiếp Đồng thời tổng công suất phát tiêu thụ tồn mạng, cao độ lợi mã hóa mã không gian-thời gian phân tán tương ứng cài đặt mạng đa ăng-ten bảo đảm Tuy nhiên, công suất phát chung, DSTC tốt phải “không có quy mơ” theo nghĩa có độ lợi mã hóa lớn số nút chuyển tiếp không hoạt động số cột ma trận mã bị loại bỏ Như áp dụng mã không gian - thời gian trực giao bán trực giao, ăng ten nút chuyển tiếp hoạt động ăng ten phát tạo mã không gian - thời gian đưa đến máy thu Mã không gian- thời gian phân tán lựa chọn lý sau: chúng đạt phân tập tồn phần có nhiều thiết kế mã tối ưu, tốc độ giải mã nhanh, ma trận từ mã tuyến tính đặc biệt tính “khơng có quy mơ” - Việc xóa số cột từ mã trực giao không ảnh hưởng đến tính trực giao cột [5] 2.3.2 Các thiết kế mã không gian-thời gian phân tán trực giao a)Thiết kế mã trực giao thực b) Thiết kế trực giao phức c) Thiết kế cận trực giao 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 khơng 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 gianthời gian phân tán trực giao trình bày chương III 11 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 ăngten sử dụng giao thức AF sử dụng để khảo sát, 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:  s1 S   s2  s2  *  s1  * ma trận phân tán có dạng sau 1 A1   0 0 0  ; B1  ; A  ; B   1 1  1   12 * Pha quảng bá Các symbol tín hiệu điều chế mã hóa thành véc tơ symbol thơng tin s  s s2  T với 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) * Pha hợp tác Các nút chuyển tiếp hợp tác với phát véc-tơ phát, tín hiệu thu nút đích có dạng sau: y   t1 t2 g  nd 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  Nó sử dụng mạng vớiT1= 3, T2= R= Các ma trận sử dụng nút chuyển tiếp là: 1  A1   0  0 0  A3   0  0 0  B1   0  0 0 0 0 1 0 0  , 0  0 0  A2   0  0 1  , 0  0 0  A4   0  1 0  , 1  0 0  B2   0  0 0 0 0 0 0   0  0 0   0  0 0   0  1 13   B3   1   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 R  symbol tín hiệu điều chế mã hóa thành véc tơ symbol T thơng tin s  s s s  , có nghĩa pha quảng bá diễn ba khe thời gian  T1   với 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) * 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 * t2   f1g    s3 f g  2  s   f3g    s1   f g  t3 t4 g  nd  n 1,1  * P2   n 1, * P1   n 1,3   n ,2 n * ,1 * n ,3 n ,3  n ,1 * n 3,2 *   g1   n ,3  g   n d n ,2   g     n ,1   g  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 mô 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 cơng 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 Error! Reference source not found hệ thống có bốn nút chuyển tiếp mã O-DSTC biểu diễn công thức Error! Reference source not found [5] 14 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 khơng biết thơng 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 thơng 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 mô mã O-DSTC trực giao so sánh hệ thống có hai bốn nút chuyển tiếp Hiệu đánh giá phẩm chất hệ thống thể thông qua tỷ lệ lỗi bit (BERs) Kết mơ 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 15 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 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 cao so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 T R 2 nhận Ví dụ để đạt phẩm chất BER=10-3 cơng suất phát tồn mạng mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC DSTC T R 4 T R 2 T R 4 cần 19 dB mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O- u cầu 24 dB Có nghĩa, mạng vơ tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC giảm yêu 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 cơng suất phát tồn mạng nhỏ (vùng cơng suất dB) 16 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 tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 R 4 so với mạng vô tuyến chuyển ta nâng mức điều chế từ (sử dụng tín hiệu điều chế BPSK) lên (sử dụng tín hiệu điều chế QPSK) Nhưng mức độ chênh lệch công suất giá trị BER tương ứng bị giảm Ví dụ, giá trị BER=10-3 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 Điều khơng có nghĩa tăng ích phân tập hợp tác mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 T R 4 hay giảm Lý ta tăng mức điều chế chịm tín hiệu sử dụng cho hệ thống làm giảm khoảng cách Euclid điểm liền kề chòm tín hiệu Vì phẩm chất tồn 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 mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T Tuy nhiên, tỉ lệ mã mã O-DSTC T R 2 R 2 mã phân tập toàn phần mã O-DSTC T Có nghĩa, mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 R 4 R 4 ¾ đạt tăng ích phân tập hợp tác tốt so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 2 Ngược lại, hiệu 17 suất truyền dẫn mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T O-DSTC T R 2 R 4 T R 2 tốt so với mã O-DSTC T R 4 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 (ODSTC) 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 ODSTC T R 4 đạt tăng tích phân tập hợp tác cao so với mã O-DSTC T Tuy nhiên, hiệu suất truyền dẫn mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T tốt so với mạng vô tuyến chuyển tiếp hợp tác O-DSTC T R 4 R 2 R 2 18 KẾT LUẬN Nội dung luận văn đạt mục tiêu đề nghiên cứu lý thuyết mã không gian, thời gian phân tán mã không gian-thời gian phân tán trực giao (O-DSTC) đánh giá hiệu mã không gian-thời gian phân tán trực giao cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp hợp tác 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 Luận văn trình bày cách tổng quan mã không gian-thời gian phân tán, mã không gian-thời gian phân tán trực giao Trình bày thiết kế sử dụng loại mã không gian-thời gian phân tán, đưa mô hình hệ thống vơ 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 phỏng, luận văn tìm hiểu, tham khảo phân tích kết mô Từ đưa nhận xét, so sánh với loại mã sử dụng trước để thấy tính ưu việt, vượt trội mã không gian-thời gian phân tán trực giao hiệu năng, phân tập toàn phần chất lượng tín hiệu Từ thấy tầm quan trọng việc sử dụng loại mã với cải tiến ưu việt để phát triển hệ thống vô tuyến chuyển tiếp tương lai  ... tăng ích phân tập không gian tương tự hệ thống đa ăng-ten Luận văn nghiên cứu lý thuyết mã khối không gian- thời gian, mã khối không gian thời gian phân tán mã khối không gian- thời gian phân tán trực... 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. .. không 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 không gian- thời gian phân tán trực giao cho hệ thống