Đánh giá hiệu quả phương pháp ước lượng kênh và triệt nhiễu sử dụng mô hình kênh SCM-LOS trong hệ thống MIMO-OFDM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện tử - Viễn thông BÁO CÁO ĐỒ ÁN III Đề tài: Đánh giá hiệu phương pháp ước lượng kênh triệt nhiễu sử dụng mơ hình kênh SCM-LOS hệ thống MIMO-OFDM Giảng viên hướng dẫn: TS Phùng Thị Kiều Hà TS Nguyễn Thu Nga Sinh viên thực hiện: Tạ Phương Nam Hà Nội, 6/2018 Báo cáo Đồ án LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển vượt bậc mạng thông tin di đông ngày nay, mạng 4G/LTE với kỹ thuật điều chế OFDM kỳ vọng đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn từ người dùng Cũng giống hệ thống thông tin di động khác, việc nâng cao dung lượng kênh truyền xử lý nhiễu mạng 4G vấn đề hàng đầu hướng tới nghiên cứu Trong nội dung Đồ án 3, em tập trung vào việc so sánh hiệu thuật toán nội suy để ước lượng kênh truyền đánh giá chất lượng tín hiệu giải mã sử dụng thuật tốn triệt nhiễu SIC áp dụng hệ thống MIMO-OFDM với mơ hình kênh SCM (Spatial Channel Model) Kênh truyền vơ tuyến chịu ảnh hưởng lớn hiệu ứng đa đường, hiệu ứng bóng râm, hiệu ứng suy hao mơi trường truyền sóng việc ước lượng kênh truyền có ảnh hưởng quan trọng đến q trình giải mã tín hiệu máy thu Nội dung Đồ án chia làm chương: Chương Giới thiệu lịch sử phát triển ưu điểm kỹ thuật điều chế OFDM Chương Xây dựng sơ đồ khối hệ thống MIMO-OFDM xây dựng mơ hình kênh để áp dụng thuật tốn Chương Phân tích thuật toán nội suy thuật toán triệt nhiễu áp dụng lên việc ước lượng kênh ước lượng ký hiệu máy thu Chương Đưa kết mô phỏng, đánh giá nhận xét hướng phát triển đề tài Các lý thuyết thuật toán đề cập đồ án em tìm hiểu hướng dấn TS Nguyễn Thu Nga TS Phùng Thị Kiều Hà trình bày lại nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp để báo cáo hồn thiện Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thu Nga TS Phùng Thị Kiều Hà hướng dẫn em q trình hồn thiện Đồ án Sinh viên, Tạ Phương Nam Báo cáo Đồ án MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Chương KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ MIMO - OFDM 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Đặc điểm kỹ thuật điều chế OFDM 1.3 Phương pháp điều chế kiến trúc thu phát OFDM 1.4 Kỹ thuật đa anten thu đa anten phát MIMO 10 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG MIMO – OFDM 12 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 12 2.2 Mã kênh không gian miền tần số SFBC 14 2.3 Mơ hình kênh SCM 15 Chương PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH VÀ THUẬT TOÁN TRIỆT NHIỄU 19 3.1 Các phương pháp ước lượng kênh 19 3.1.1 Nội suy Linear (Linear Interpolation) 19 3.1.2 Nội suy SI (Spline Interpolation) 20 3.1.3 Nội suy Weiner-Hop 21 3.2 Thuật toán triệt nhiễu SIC 22 Chương MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 25 4.1 Kết mô 25 4.2 Đánh giá kết 28 4.3 Hướng phát triển đề tài 29 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 Báo cáo Đồ án DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình a) Phổ tín hiệu kênh con; b) Phổ tín hiệu kênh Hình Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình Cấu tạo tín hiệu OFDM 10 Hình Sơ đồ khối hệ thống mơ 12 Hình Sơ đồ khối hệ thống MIMO 2x2 [6] 11 Hình Mơ hình kênh khơng gian SCM [1] 17 Hình Nguyên lý thuật toán nội suy a) Linear; b) Spline 20 Hình Kết so sánh thuật toán nội suy 25 Hình So sánh thuật tốn SI với kích thước cửa sổ thay đổi 26 Hình 10 Dung lượng kênh hệ thống sử dụng phương pháp SIC 28 Báo cáo Đồ án Chương KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ MIMO - OFDM 1.1 Lịch sử phát triển Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Muliplexing) phương pháp điều chế đa sóng mang sóng mang trực giao với nhau, phía thu phục hồi lại tín hiệu phổ tín hiệu sóng mang chồng lên Sự chồng phổ tín hiệu giúp hệ thống điều chế OFDM có hiệu suất phổ (Spectrum Efficiency) lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế khác Xuất Mỹ vào năm 1966 R.W Chang phát minh, thập kỷ vừa qua cơng trình nghiên cứu triển khai Một số nghiên cứu Weistein Ebert, việc điều chế OFDM thực phép biến đổi IDFT giải điều chế OFDM phép biến đổi DFT Từ đó, tín hiệu số áp dụng phương pháp điều chế OFDM trở thành phương thức truyền tín hiệu phổ biến nay, tiêu chuẩn hóa phương pháp điều chế cho hệ thống phát số DAB DRM, truyền hình mặt đất DVB-T, hệ thống thông tin di động 4G,… Một mạng băng rộng nâng cấp nhờ sử dụng kỹ thuật OFDM mạng băng rộng ASDL Kỹ thuật OFDM phương pháp điều chế mạng thông tin đô thị băng rộng WiMax theo tiêu chuẩn IEEE.802.16a mạng di động hệ thứ Đặc biệt, hệ thống thông tin di động 4G này, OFDM sử dụng với kỹ thuật đa anten phát đa anten thu MIMO (Multi-Input Multi-Output) để nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kỹ thuật OFDMA để phục vụ đa truy nhập mạng di động Kỹ thuật OFDM sử dụng kết hợp với phương pháp mã kênh không gian sử dụng thông tin vô tuyến STBC (Space Time Block Coding), SFBC (Space Frequency Block Coding) tạo thành có hệ thống COFDM (Coded OFDM) Bằng việc sử dụng mã kênh này, tín hiệu trước điều chế chia thành khối khác tùy theo chất lượng kênh truyền để chống lỗi nhiễu xảy đường truyền sóng Từ đó, kỹ thuật điều chế thích ứng OFDM đời (Adaptive Modulation Technique OFDM) cho phép ước lượng điều kiện kênh truyền dựa vào cơng suất tín hiệu để đưa Báo cáo Đồ án phương pháp mã hóa hay mức điều chế phù hợp Kỹ thuật điều chế thích ứng sử dụng hệ thống thông tin băng rộng HiperLAN/2 châu Âu Kỹ thuật đa anten thu, đa anten phát MIMO (Multi Input Multi Output) kỹ thuật sử dụng nhiều anten để truyền nhận liệu Kỹ thuật MIMO xuất từ năm 1970 nghiên cứu A.R Kaye D.A Geogre, Branderburg Wyner năm 1974, W Van Etten năm 1975, 1976 Nhiều phương pháp phát triển để cải thiện chất lượng mạng di động năm 1990 bật kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA (Space Division Muliple Access) sử dụng anten định hướng anten thông minh để giao tiếp tần số với người dùng khác địa điểm khác dải tần trạm gốc Hệ thống SDMA sau đề xuất Richard Roy Bjorn Ottersten vào năm 1991 mô ta phương pháp nâng cao dung lượng hệ thống cách sử dụng mảng anten Sau đó, vào năm 1993, Arogyaswami Paulraj Thomas Kailath đề xuất kỹ thuật SDMA dựa kỹ thuật ghép kênh nghịch cách chia dòng liệu tốc độ cao thành nhiều dòng liệu tốc độ thấp truyền nhiều máy phát thu vởi mảng anten có vị trí nhận tín hiệu đến khác Ý tưởng sử dụng đa anten thu nhận kỹ thuật mạng WiFi tốc độ cao mạng di động 4G Công nghệ MIMO xác định kỹ thuật tiêu chuẩn cho mạng LAN không dây, mạng di động 3G, 4G Grey Raleigh V K Jones phát triển chipset MIMO-OFDM cho mạng LAN không dây từ năm 2001 Năm 2003, IEEE thành lập nhóm nghiên cứu chuẩn LAN khơng dây với mục tiêu đạt dung lượng 100 Mbps đến năm 2004, Airgo công ty sản xuất sản phẩm sử dụng công nghệ MIMO Chuẩn 802.11n cuối nâng tốc độ truyền lên đến 600 Mbps sử dụng luồng liệu phát triển vào năm 2009 Công nghệ MIMO sử dụng cho hệ thống thơng tin có dây, tiêu tiểu chuẩn mạng ITU-T G.9963 sử dụng nhiều đường dây để truyền tín hiệu AC Kỹ thuật ghép kênh khơng gian MIMO làm kiến trúc máy thu phức tạp kết hợp với điều chế OFDM để giảm tác động hiệu ứng đa đường tạo phân tập không gian anten tăng hiệu hệ thống nhờ sử dụng Báo cáo Đồ án phương pháp phân tập tín hiệu miền thời gian, tần số, khơng gian MIMO-OFDM sử dụng chuẩn di động HSPA+ (High Speed Packet Access Plus) LTE (Long Term Evolution) Liên quan đến kỹ thuật OFDM, kỹ thuật OFDMA sử dụng việc truyến tín hiệu đa đường, OFDMA chống fading chọn lọc tần số kênh truyền khơng dây cách phân chia sóng mang khác cho người dùng Mạng OFDMA sử dụng phân chia thời gian song công TDD giúp giải vấn đề nút ẩn/ nút cách dùng mức ngưỡng truy nhập khung MAC kỹ thuật song công phân chia tần số OFDMA/FDD Chuẩn 4G đưa tổ chức NTT DoCoMo vào năm 2004 LTE dựa công nghệ MIMO tiếp tục phát triển tổ chức 3GPP cụ thể hóa tốc độ truyền tuyến xuống đạt 300 Mbps, tuyến lên 75 Mbps LTE-A nghiên cứu thử nghiệm khu vực picocell, femtocell độ rộng kênh sóng mang lên đến 100 MHz Chuẩn LTE chấp nhận mạng UMTS CDMA Những dịch vụ LTE triển khai Oslo Stockholm TeliaSonera vào năm 2009 Có khoảng 360 mạng LTE 123 nước triển khai với khoảng 373 triệu thiết bị kết nối 1.2 Đặc điểm kỹ thuật điều chế OFDM Bằng việc nâng cấp, tối ưu thuật toán, hệ thống OFDM mang lại ưu điểm vô thuận lợi cho truyền sóng vơ tuyến thiết kế hệ thống thu phát - Hệ thống OFDM loại bỏ hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường (ISI – InterSymbol Interference) với chuỗi bảo vệ (Guard Interval) thích hợp - Thích hợp cho hệ thống truyền dẫn tốc độ cao ảnh hưởng phân tập tần số (Frequency Selectivivity) giảm nhiều so với truyền dẫn đơn sóng mang - Cấu trúc thu đơn giản Kỹ thuật OFDM có nhược điểm cần phải cân nhắc nghiên cứu thực tế để thiết kế hệ thống phù hợp với mục đích sử dụng: - Đường bao biên độ tín hiệu khơng phẳng, gây méo phi tuyến khuếch đại cơng suất phía phát thu Báo cáo Đồ án - Chuỗi bảo vệ làm giảm phần hiệu suất truyền dẫn làm lãng phí cơng suất truyền tín hiệu khơng có ích - Do yêu cầu điều kiện trực giao sóng mang phụ làm hệ thống dễ bị ảnh hưởng hiệu ứng Doppler, dịch tần (Frequency Offset) dịch thời gian (Time Offset) sai số đồng 1.3 Phương pháp điều chế kiến trúc thu phát OFDM Điều chế đa sóng mang trực giao dựa kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM – Frequency Division Multiplexing), khác biệt sóng mang đặt trực giao với Nhờ trực giao mà phổ tín hiệu chúng chồng lên lại khơng làm ảnh hưởng đến q trình giải điều chế máy thu Phổ tín hiệu hệ thống sóng mang minh họa hình Hình a) Phổ tín hiệu kênh con; b) Phổ tín hiệu kênh [6] Trong đó, phổ tín hiệu kênh có dạng ( ) Các kênh phân phát dải tần cho điểm cực đại kênh điểm không kênh lân cận Trong hệ thống OFDM, tín hiệu sau qua điều chế số biến đổi IFFT tạo thành OFDM Symbol Việc sử dụng IFFT cho phép điều chế OFDM điều chế nhiều kênh lúc, điều mà khó thực với điều chế FDM Báo cáo Đồ án Hình Sơ đồ khối hệ thống OFDM Nguyên lý hoạt động khối S/P (Serial to Parallel): biến đổi nối tiếp – song song tách dòng bit tốc độ cao thành K dòng bit tốc độ thấp Với K số sóng mang hệ thống M-QAM Modulation: điều chế QAM ánh xạ cặp bit thành tín hiệu phức chịm tín hiệu QAM Số mức điều chế M lựa chọn tùy theo hệ thống truyền dẫn khác Zero Insertion: chèn sóng mang ảo nhắm đảm bảo giá trị trung bình thành phần chiều tạo khoảng bảo vệ tần số hệ thống thông tin để tránh nhiễu giao thoa tần số (ICI - Intercarrier Interference), nhiễu gây giao thao hệ thống có tần số lân cận IFFT: biến đổi Fourier ngược chuyển tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số tạo sóng mang trực giao, cách thực nhanh biến đổi DFT: = Với , =0 ÷ (1.1) −1 Guard Insertion: chèn khoảng bảo vệ chống nhiễu liên ký tự ISI Nhiễu ISI sinh ảnh hưởng hiệu ứng đa đường symbol đến sau chèn lên symbol đến trước Báo cáo Đồ án Độ dài khoảng bảo vệ phụ thuộc vào kênh truyền với nguyên tắc chép phần cuối chuỗi tín hiệu cần truyền ghép vào phần đầu tín hiệu Hình Cấu tạo tín hiệu OFDM P/S (Parallel to Serial): biến đổi song song – nối tiếp đưa chuỗi tín hiệu dạng ban đầu để truyền cách liên tục Mixer: Bộ ghép tín hiệu với sóng mang đưa lên anten Điều chế OFDM sử dụng Mixer khác với luồng tín hiệu thực phức từ khối P/S luồng tín hiệu nhân với sóng mang cộng lại đầu Mixer LPF (Low Pass Filter): Bộ lọc thơng thấp đưa tín hiệu băng tần sở D/A, A/D: biến đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu liên tục để truyền xa Tín hiệu sau biến đổi D/A tín hiệu tương tự băng tần sở có độ rộng băng tần phụ thuộc vào tần số lấy mẫu biến đổi D/A Phía thu thực biến đổi ngược lại A/D để thu tín hiệu số để giải mã Pilot Extraction, Channel Estimation: Dựa ký hiệu dẫn đường, máy thu ước lượng lại kênh truyền dựa thuật toán ước lượng 1.4 Kỹ thuật đa anten thu đa anten phát MIMO Sơ đồ truyền nhận hệ thống MIMO 2x2 minh họa Hình 5: 10 Báo cáo Đồ án : pha đường thứ m cluster thứ n , k: số sóng , = : tăng tích anten phát thu M, N số lượng sub-path cluster , , : góc truyền tia tới sub-path m, cluster n , , : góc tới tia tới sub-path m, cluster n v: biên độ vector vận tốc di chuyển trạm MS : góc di chuyển trạm MS so với phương ngang , : khoảng cách phần tử anten phía phát thu Trong mơi trường truyền suy hao tầm nhìn thẳng, mơ hình SCM – LOS định nghĩa cho đô thị nhỏ xác suất biến thiên nhanh dạng tín hiệu xuất q trình truyền Mặc dù mơi trường thị nhỏ có khoảng cách nhỏ 1km, xác suất xuất đường truyền LOS phụ thuộc vào môi trường hàm tuyến tính: ( 300 − (0 < < 300 )= 300 ( > 300 ) ) (2.6) 18 Báo cáo Đồ án Chương PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH VÀ THUẬT TOÁN TRIỆT NHIỄU 3.1 Các phương pháp ước lượng kênh 3.1.1 Nội suy Linear (Linear Interpolation) Xét mặt toán học, phương pháp nội suy Linear phương pháp Curve Fitting thực hiên dùng hàm tuyến tính để xây dựng điểm đồ thị dựa chuỗi rời rạc điểm biết Phương pháp thực đơn giản hàm đường tuyến tính nhiên thấy Hình 8, tín hiệu khơng mơ tả cách xác Nội suy Linear thường dùng để ước lượng đại lượng bảng việc ước lượng dân số năm biết số dân năm lân cận Phép nội suy Linear giá trị thường sử dụng mảng đồ họa máy tính, phần cứng vi xử lí đồ họa thuật tốn đơn giản dễ thực Nội suy Linear sử dụng nghiên cứu chiều Đối với 2, chiều phép nội suy gọi Bilinear Trilinear với hàm khơng cịn tuyến tính mà tích hàm tuyến tính Giả sử điểm biết có tọa độ ( , )( , ) nội suy Linear xây dựng đường thằng điểm phương trình đường thẳng theo x, y − − = − − (3.1) Từ dễ dàng biến đổi được, = + ( − )( − − ) (3.2) Trong phương pháp nội suy tuyến tính, hàm truyền kênh xây dựng từ tham số kênh truyền ký hiệu dẫn đường biết trước Việc quy định ký hiệu dẫn đường tùy theo độ dài liệu phía phát thu quy ước Nội suy tuyến tính khơng áp dụng vào mơ hình kênh thực tế thay đổi nhanh miền thời 19 Báo cáo Đồ án gian khiến việc ước lượng khơng cịn xác Tuy nhiên, mơ hồn tồn thực phương pháp cho kênh không phụ thuộc thời gian 3.1.2 Nội suy SI (Spline Interpolation) Khác với nội suy tuyến tính, phương pháp nội dung SI xác định cho cặp điểm liên tiếp đồ thị hàm số bậc thấp (để đơn giản cho tính tốn), tín hiệu khoảng thời gian liên tiếp Bằng phương pháp này, đáp ứng xung tín hiệu ước lượng xác Như minh họa hình, đường bao tín hiệu phương pháp SI liền mạnh nhiều so với nội suy tuyến tính Hình Minh họa thuật tốn nội suy a) Linear; b) Spline Áp dụng với hệ thống MIMO – OFDM, thuật toán thực lọc thơng thấp miền tần số với kích thước cửa số L với khoảng cách tín hiệu dẫn đường Giả thiết ℎ( ) = 1,2, … , hệ số kênh ký hiệu OFDM ℎ( ) ( = 1,2, … ) hệ số kênh tín hiệu dẫn đường miền thời gian Theo đó, đáp ứng xung kênh truyền xác định theo biểu thức: ℎ( ) = ℎ ( ) sin ( − ) ( − ) (3.3) 20 Báo cáo Đồ án Hiệu xác thuật tốn phụ thuộc vào kích thước cửa sổ, với L nhỏ đáp ứng xung kênh ước lượng xác Tuy nhiên, theo hệ thống phải truyền thêm tín hiệu dẫn đường gây lãng phí cơng suất truyền tín hiệu khơng mang liệu 3.1.3 Nội suy Weiner-Hop (Weiner-Hop Interpolation) Giả thiết, Ĥ , tham số kênh ký hiệu thứ i, sóng mang thứ n ước lượng Ĥ ′, tham số kênh ký hiệu thứ i’, sóng mang thứ n, i’ ký hiệu dẫn đường Tham số lọc Weiner-Hop xác định ,, , liên hệ với tham số kênh theo biểu thức: Ĥ, = ,, , Ĥ ′, (3.4) , ⇔ Ĥ, = với =( , Trong đó, , ,, ,…, , ,, ,…, ( , ) Ĥ ′, , (3.5) ,, ) số lượng ký hiệu dẫn đường OFDM số sóng mang dẫn đường OFDM khoảng cách thời gian tín hiệu dẫn đường khoảng cách tần số tín hiệu dẫn đường Nếu , tham số kênh sai số thuật toán xác định: , = , −Ĥ, (3.6) Xác định ma trận tự tương quan R: 21 Báo cáo Đồ án ⎡ ⎢ =⎢ ⎢ ⎣ Ĥ , (1) … Ĥ ( ) , … ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ )⎦ ( ) , × Ĥ∗ , (1) ( … (3.7) ∗ ( Ĥ∗ , ( ) … ) , ( ) Tương tự cho ma trận tương quan chéo P: = , , Ĥ, (3.8) Từ đó, phương trình Weiner-Hop xác định theo [2]: , = (3.9) , Phương trình xác định tham số lọc MMSE để từ ước lượng đáp ứng xung kênh 3.2 Thuật toán triệt nhiễu SIC Các tín hiệu truyền kênh truyền xảy va đập (collision) hệ thống MIMO 2x2, luồng tín hiệu truyền đến máy thu đồng thời Thơng thường, tín hiệu có cơng suất mạnh giải mã, tín hiệu khác coi nhiễu, điều dẫn đến hệ có nhiều luồng tín hiệu đến anten thu tín hiệu khơng đủ mạnh, khơng giải mã Vì vậy, Successive Interference Cancellation thuật tốn triệt nhiễu dựa cơng suất tín hiệu thu Khi áp dụng SIC, tín hiệu với cơng suất cao giải mã bình thường, tín hiệu giải mã từ tổ hợp tín hiệu nhận máy thu sau trừ (cancelled) tín hiệu với cơng suất mạnh (đã giải mã đầu tiên) Thuật toán SIC giới thiệu [7] Cơng suất tín hiệu máy thu cho ký hiệu : =| Trong cơng suất tín hiệu , | (3.10) | +| | (3.11) : =| Nếu > tín hiệu 2: | +| giải mã trước bị coi nhiễu, bị loại bỏ máy thu giải mã 22 Báo cáo Đồ án = − − ⇔ Khi ký hiệu = = + + (3.12) + ước lượng theo biểu thức: = Nếu < , tương tự ký hiệu (3.13) ước lượng lại là: = (3.14) Với cách lựa chọn ký hiệu giải mã trước, thuật toán SIC đảm bảo sai số ký hiệu đầu giải mã nhỏ ký hiệu tiếp theo, dẫn tới tỷ lệ lỗi ký hiệu giảm Hơn nữa, kỹ thuật SIC đem lại dung lượng kênh tốt nhiều so với hệ thống thực cách giải mã trước Xét hệ thống tổng quát gồm K tín hiệu tổng hợp máy thu, để đơn giản cho tính tốn giả sử ℎ , ℎ , … , ℎ (|ℎ | ≥ |ℎ | ≥ ⋯ ≥ |ℎ |) kênh truyền từ anten bên phát đến anten thu thứ suất tương ứng tín hiệu, , ,…, cơng biên độ nhiễu trắng Gausian trung bình Khi đó, dung lượng kênh hệ thống tính theo cơng thức Shanon không sử dụng phương pháp triệt nhiễu là: = = ln(1 + |ℎ | ) (3.15) Khi sử dụng phương pháp SIC, hệ thống giải mã tín hiệu cách coi tất tín hiệu cịn lại nhiễu khơng xét tín hiệu giải mã lần giải mã tín hiệu tiếp theo, dung lượng hệ thống tổng dung lượng tín hiệu tính: 23 Báo cáo Đồ án = = ln(1 + |ℎ | + |ℎ | ∑ Có thể thấy tín hiệu cuối giải mã xem = ln(1 + |ℎ | ) ) (3.16) nhiễu: (3.17) Với hệ thống không thực phương pháp SIC, hệ thống xem xét vấn đề: dung lượng kênh phân chia công suất dung lượng kênh sử dụng thuật toán tối ưu Thuật toán tối ưu sử dụng để lựa chọn lượng công suất phù hợp cần truyền cho tín hiệu để dung lượng kênh đạt tối đa 24 Báo cáo Đồ án Chương MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Kết mô Mô thực Matlab theo sơ đồ khối mô tả sử dụng mơ hình kênh SCM tầm nhìn thẳng So sánh thuật toán nội suy, kết thể hình Hình Kết so sánh thuật tốn nội suy Trong Hình 9, với kích thước cửa sổ khác nhau, thuật toán nội suy SI cho tỷ lệ SER khác tỷ lệ nghịch với kích thước cửa sổ 25 Báo cáo Đồ án Hình 10 So sánh thuật tốn SI với kích thước cửa sổ thay đổi Kết giải mã tín hiệu sử dụng phương pháp SIC so với giải mã thông thường thể qua kết tỷ số SER Hình 11 Có thể thấy rằng, tỷ lệ SER cách gần không thay đổi, điều nhiễu tín hiệu loại bỏ nhờ chuỗi bảo vệ GI (Guard Interval) điều chế OFDM 26 Báo cáo Đồ án Xét hệ thống MIMO 2x2, máy thu nhận luồng tín hiệu, từ cơng thức tổng qt trình bày Tín hiệu thứ có dung lượng kênh: |ℎ | = ln(1 + ) (4.1) Tiếp theo, tín hiệu thứ giải mã coi nhiễu, có dung lượng kênh: = ln(1 + |ℎ | ) + |ℎ | (4.2) Kết mô thể Hình 12 27 Báo cáo Đồ án Hình 11 Dung lượng kênh hệ thống sử dụng phương pháp SIC 4.2 Đánh giá kết Qua kết trên, rút số nhận xét sau: - Kết mô phù hợp với lý thuyết đưa phép nội suy tuyến tính cho tỷ lệ lỗi ký hiệu cao nhất, phép nội suy SI xây dựng hàm phức tạp cho tỷ lệ lỗi thấp thuật tốn Weiner-Hop đem lại SER tốt - Hình cho thấy kích thước cửa số có ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống, theo tăng kích thước cửa sổ làm giảm hiệu giải mã có tín hiệu dẫn đường Tuy nhiên, việc chèn nhiều tín hiệu dẫn đường vào chuỗi ký hiệu OFDM cần nghiên cứu để phù hợp với hệ thống làm tăng cơng suất truyền tin - Bằng việc sử dụng phương pháp SIC giải mã tín hiệu, dung lượng kênh cải thiện đáng kể so với cách giải mã thông thường 28 Báo cáo Đồ án 4.3 Hướng phát triển đề tài - Mơ hình kênh sử dụng mơ hình SCM tầm nhìn thẳng Thực tế, tín hiệu truyền kênh truyền theo nhiều đường khác chịu ảnh hưởng hiệu ứng đa đường Do vậy, thuật toán cần áp dụng vào mơ hình kênh SCM-NLOS để đánh giá hoạt động hệ thống so sánh với chất lượng tín hiệu truyền tầm nhìn thẳng - Vấn đề phân chia cơng suất phương pháp SIC có ảnh hưởng quan trọng đến thiết kế hệ thống, phương pháp cần triển khai hệ thống MIMO-NOMA, kỹ thuật nghiên cứu hàng đầu cho mạng 5G - Trong hệ thống NOMA không sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM mà nghiên cứu phương pháp triệt nhiễu khác nên áp dụng phương pháp SIC tín hiệu lúc khơng cịn trực giao, khơng cịn chuỗi bảo vệ 29 Báo cáo Đồ án KẾT LUẬN Qua kết đánh giá trên, đồ án so sánh hiệu thuật toán nội suy ứng dụng vào trình ước lượng kênh, đánh giá hiệu thuật tốn triệt nhiễu mơ hình kênh SCM vào việc tăng dung lượng kênh truyền Đây kỹ thuật giúp cải thiện hiệu hệ thống hệ thống OFDM nghiên cứu đánh giá tính hiệu khả thi phương pháp có ý nghĩa đối trình nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM thực tế, đặc biệt q trình xử lí nhiễu tối ưu dung lượng hệ thống, từ tăng tốc độ truyền liệu Ngoài ra, kết tiền đề cho việc áp dụng thuật toán với hệ thống MIMO sử dụng nhiều anten mà kỹ thuật hàng đầu Massive MIMO, sở cho trình phân chia công suất truyền tải anten để tối đa dung lượng hệ thống kỹ thuật triệt nhiễu Các thuật tốn nội suy khơng dừng lại hệ thống 4G với tần số GHz mà mở rộng để ước lượng kênh hệ thống mmWave, nơi mà tín hiệu chịu ảnh hưởng mạnh môi trường truyền với tần số cực cao Ngoài kiến thức quan trọng chuyên ngành mà em tìm hiểu, chứng minh mơ đánh giá Q trình làm đồ án cịn nâng cao kỹ lập trình, kỹ đọc phân tích củng cố kiến thức sở ngành Những kết đạt kiến thức quan trọng mạng di động, giúp em từ mở rộng, triển khai thuật toán với hệ thống phức tạp hơn, kết hợp thuật tốn mơ hình kênh khác, tảng vững cho việc thiết kế, xây dựng hệ thống mạng thực tế sau 30 Báo cáo Đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – Bach Tran, Nga Nguyen Thu, V D Nguyen, B Jeon, “Influence of spatial correlation properties on coded MIMO-OFDM system performance based on SCM in Urban Microcell environment” [2] – Quoc Toan Tran, V D Nguyen, T N Nguyen, “Estimate the channel coefficient in the wide band and frequency selective MIMO-OFDM system” [3] – Van Duc Nguyen, V Y Vu, Q K Nguyen, “Radio Communication” [4] – Souvik Sen, N Santhapuri, R R Choudhury, S Nelakuditi, “Successive Interference Cancellation: Carving out MAC Layer Opportunities” [5] – Zhiyong Chen, Zhiguo Ding, X Dai, R Zhang, “A Mathematical Proof of the Superiority of NOMA Compared to Conventional OMA”, IEEE Transactions, Oct 2016 [6] – I Szini, G F Pedersen, A Tatomirescu, “On small terminal MIMO Antennas, Harmonizing Characteristic Modes with Ground Plane Geometry”, IEEE Transaction, Apr 2015 [7] – Ming Zeng, A Yadav, O A Dobre, G I Tsiropoulos, H V Poor, “Capacity Comparison between MIMO-NOMA and MIMO-OMA with Multiple Users in a Cluster”, Jun 2017 [8] – Krishna Sankar, “MIMO with ZF SIC and optimal ordering”, dsplog.com, Nov 2008 [9] - Krishna Sankar, “MIMO with MMSE SIC and optimal ordering”, dsplog.com, Dec 2008 [10] – Dusan Matic, “Mathematical description of OFDM”, wirelesscommnication.com, Chapter 05: Analog and Digital transmission, Section: Multi-carrier Modulation [11] – Mathuranathan, “Stimulation of Symbol Error Rate Vs SNR performance curve for 64-QAM in AWGN”, www.gaussianwaves.com, Oct 2012 [12] – Zhiyong Chen, Zhiguo Ding, Xuchu Dai, Rui Zhang, “Mathematical Proof of the Superiority of NOMA Compare to Conventional OMA”, IEEE Transaction, Dec 2016 31 Báo cáo Đồ án 32 ... hợp Kỹ thu? ?t điều chế thích ứng sử dụng hệ thống thông tin băng rộng HiperLAN/2 châu Âu Kỹ thu? ?t đa anten thu, đa anten ph? ?t MIMO (Multi Input Multi Output) kỹ thu? ?t sử dụng nhiều anten để truyền... đáp ứng xung truyền t? ?? anten s đến anten u thời điểm t : hàm công su? ?t trễ : tham số fading 17 Báo cáo Đồ án : pha đường thứ m cluster thứ n , k: số sóng , = : t? ?ng t? ?ch anten ph? ?t thu M, N số... thống truyền dẫn sử dụng kỹ thu? ?t OFDM thực t? ??, đặc bi? ?t q trình xử lí nhiễu t? ??i ưu dung lượng hệ thống, t? ?? t? ?ng t? ??c độ truyền liệu Ngoài ra, k? ?t tiền đề cho vi? ??c áp dụng thu? ?t toán với hệ thống