Tách sóng mimo-v-blast đa người dùng

Tài liệu tham khảo ngành viễn thông của học viện công nghệ bưu chính viễn thông: Tách sóng mimo-v-blast đa người dùng

Trang 2

Xây dựng chương trình mô phỏng kênh MIMO, và tách sóng MIMO-V-BLAST gồm: V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; V-LAST/LLSE/MAP.Kiến nghị ứng dụng chương trình mô phỏng vào nghiên cứu khoa học & đào tạo ở Học viện.

Kết quả:

Tài liệu khoa học; Mô hình hệ thống-Giải thuật-Chương trình mô phỏng trên đĩa CD; Bài báo khoa học được đăng trên tạp chí hoặc hội nghị khoa học.

Trang 4

Tổng quan hệ thống MIMO

Trang 5

Tổng quan hệ thống MIMO

Trang 6

M và M-1 phải được thiết kế để đảm bảo đạt được hiệu năng tối ưu của đường truyền vô tuyến (tốc độ bit, độ tin cậy) với độ phức tạp cho phép.

Khái niệm MIMO

SymbolBit

Trang 7

Về cấu trúc có thể phân loại MIMO thành sơ đồ chỉ có một bộ điều chế và sơ đồ có nhiều bộ điều chế.

Chuyển đổi mức và điều

Giải điều chế và giải chuyển đổi

Trang 8

Chuyển đổi mức và điều chế

Giải điều chế và giải chuyển đổi

S/P: Nối tiếp thành song

P/S: Song song thành

Trang 9

Sơ đồ ghép kênh không gian BLAST

.b4 b1

b1b2b3b4b5b6

Trang 10

Đặc tính pha đinh vô tuyến di động và mô hình kênh

MIMO

Trang 11

góc tới khác nhauTần số Doppler khác nhau

Các đường truyền độ dài Trễ

Đặc tớnh kờnh vụ tuyến và mụ hỡnh kờnh MIMO

Trang 12

∞∞

Trang 13

δ τ − ττ

(t )(

Đáp ứng xung kim phụ thuộc thời gian

Đặc tính kênh vô tuyến và mô hình kênh MIMO

Trang 14

Đáp ứng xung kim kênh và lấy trung bình các thành phần tán xạ

Các đường truyền khả phân giải

Trang 15

Đặc tớnh kờnh vụ

tuyến di

Cái niệm tương quan; nhất quán

ân tán trong miền thời gian , họn lọc trong miền tần số (B )Phân tán trong miền tần số f ,

họn lọc trong miền thời gian (T )

1 4 4 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 4 43

Đặc tớnh kờnh vụ tuyến và mụ hỡnh kờnh MIMO

Trang 16

Tính phụ thuộc thời gian

Đầu vào

b) Đáp ứng xung kim của hệ thống thay đổi theo thời gian

Dạng hàm thay đổi

PSD đầu vào

PSD đầu ra

0( )()

Trang 17

Tín hiệu ra y(t)Hàm truyền đạt

của kênh

Hàm truyền đạt của kênh

Hàm truyền đạt kênh phẳng trong

băng tần tín hiệu (kênh phađinh

Hàm truyền đạt kênh không

phẳng trong băng tần tín hiệu

Trang 18

B là độ rộng băng tần tín hiệu; BC là băng thông nhất quán; fd là trải Doppler; Tlà chu kỳ ký hiệu; và στ trải trễ trung bình quân phương.

T<<TC; B>>fdPhađinh chậm

T>TC; B<fdPhađinh nhanh

Cơ sở phân loại

Phân loại kênh pha đinh phạm vi hẹp

Mối quan hệ: WSSUS với khả phân giải; LTV và Doppler

Trang 19

Sơ đồ tổng quát kênh MIMO

Nguồn phátĐiều chế và Nguồn thumã hóa

Giải điều chế và giải mã

Trang 20

Đáp ứng xung kim kênh SISO

Đáp ứng xung kim kênh MIMO

, ,, ,1,11,21,

2( )( , )

c n mn m

nnn m

Trang 21

nn jjnj

R Tx x

ii jjij

x x kx N

Mô hình kênh MIMO SVD

Trang 22

Nguån ph¸t

Nguån thu

r r 1

x (k)x (k)

:x (k)

1 4 2 43

m m 1

x (k)x (k)

:x (k)

y (k)y (k)

:y (k)

1 4 2 43

n n 1

y (k)y (k)

:y (k)

Trang 23

1/ 2

1/ 2N

Trong đó U và V là các ma trận nhất phân, “h” là chuyển vị Hermitian và

N=min n , n

Trang 24

x (k)x (k)

:x (k)

1 4 2 4 3

N N 1

x (k)x (k)

:x (k)

y (k)y (k)

:y (k)

1 4 2 4 3

N N 1

y (k)y (k)

:y (k)

Trang 25

Hiệu năng hệ thống MIMO

Dung lượng kênh SISO-SIMO-MIMO

Trang 26

Định lý dung lượng kênh truyền: Dung lượng kênh Dung lượng kênh

có độ rộng băng B (Hz), bị nhiễu loạn bởi tạp âm Gaussian trắng cộng AWGN có mật độ phổ công suất

bits/s

02 1

Trang 27

050010001500

Trang 29

Dung lượng của kênh SIMOSIMO được cải thiện so với kênh

giảm phađinh và cải thiện SNR Tuy nhiên cải thiện SNR bị hạn chế vì SNR tăng ở bên trong hàm

bị hạn chế vì SNR tăng ở bên trong hàm loglog

Trang 30

=> ưu điểm của hệ thống

=> ưu điểm của hệ thống MIMOMIMO về dung lượng Khi

nt=nr=N thì HHH/N tiến đến IN vì vậy dung lượng tiệm cận đến

C≈N.log 1 SNR , bit/s/Hz+

Dung lượng tăng tuyến tính theo số anten phát

Trang 31

Dung lượng kênh

 Dung lượng kênh tăng tuyến tính do tăng hạng của H

Trang 32

Hiệu năng kênh MIMO

 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Hiệu suất sử dụng phổ tần

Trang 33

Pn

Trang 34

MMIO VBLAST kết hợp máy thu đa người dùng

Trang 35

3.2.2 Máy thu đa người dùng

3.2.2.1 Máy thu truyền thống 3.2.2.2 Máy thu giải tương quan3.2.2.3 Máy thu MMSE

3.2.2.4 Loại bỏ nhiễu song song đa tầng MPIC

3.3 Kiến trúc không gian thời gian phân lớp chiều đứng của phòng thí nghiệm BellKiến trúc không gian thời gian phân lớp chiều đứng của phòng thí nghiệm Bell: V-BLASTV-BLAST

3.3.1 Kiến trúc V-BLAST3.3.2 So sánh giữa SIC và PIC

3.3.2.1 Loại bỏ nhiễu liên tiếp SIC3.3.2.2 Loại bỏ nhiễu song song PIC3.3.3 Ảnh hưởng của truyền lan lỗi

3.4 Tách sóng đa ngường dùng bằng V-BLAST trên MIMOMIMO

3.4.1 Mô hình hệ thống

3.4.2 Máy thu đa người dùng

3.4.2.1 Máy thu truyền thống3.4.2.2 Máy thu giải tương quan3.4.2.3 Máy thu MMSE

3.4.2.4 Loại bỏ nhiễu song song đa tầng MPIC

3.5 Kết luận

Trang 36

MIMO-VBLAST kết hợp đa người dùng

TÁCH SÓNG ĐA NGƯỜI DÙNG CHO KÊNH SISO

Trang 37

Bộ mã hóa vectơ

Xử lý tín hiệu V-BLAST

Kênh MIMO

Số liệu phát

thu

Trang 38

hết, khởi tạo ma trận rỗng hóa (nulling matrix) theo chuẩn ZF và

MMSE với giả thiết ước tính kênh hoàn hảo.

Đối với sơ đồ được trình tự hóa, cần phải xác định giá trị lớn

nhất của SNR sau tách sóng, tương ứng với việc chọn độ dài vectơ hàng của ma trận rỗng hóa G có giá trị nhỏ nhất trong mỗi lần lặp Tín hiệu lớp đầu tiên được tách sóng với vector hàng của G xóa bỏ tín hiệu từ tất cả các anten khác:

Đối với sơ đồ không được trình tự hóa, không cần phải xác định

giá trị lớn nhất của SNR sau tách sóng mà chọn ngẫu nhiên vectơ hàng của ma trận rỗng hóa G.

Trang 39

Bộ mã hóa vector

Trang 40

Ngân hàng bộ tương quan

Tach sóng V-BLAST

Tách sóng V-BLAST

Trang 41

Tách sóng V-BLAST

Trang 42

Tách sóng V-BLAST

Anten thu Rx# nR

kkc (t-τ )

Tách sóng V-BLAST

Cấu trúc của bộ tách sóng hai tầng cho hệ thống đa người dùng V-BLAST

Trang 43

Giải thuật tách tín hiệu trong hệ thống MIMO

Trang 44

Sơ đồ hệ thống V-BLAST

Bộ mã hóaVectơ

Xử lý Tín hiệuV-BLAST:

Ước tính và giải mã

Giải thuật tách ký hiệu cho kênh MIMO

Bộ điều chế x Kênh MIMO y Bộ giải điều chế ˆx

Trang 45

Mô hình mô phỏng hệ thống MIMO -VBLAST

Tạo chuỗi ngẫu nhiên nhị

Điều chế QPSK; M-QAM

Mã hóa vectơ

Kênh pha đinh

Giải điều chế và tách sóng V -BLAST:

So sánh đếm lỗi

n(t)

Trang 46

Giải thuật tách sóng V-BLASTV-BLAST (Vertical Bell-Labs

Layered Space-Time: không gian thời gian phân lớp chiều

đứng của phòng thí nghiệm Bell) là một thủ tục hồi quy để

lấy ra các thành phần của vectơ phát x theo trình tự dựa trên

các chỉ số (k1, k2,…., knt) tương ứng với các phần tử của x

Như vậy, (k1, k2,…., knt) là hoán vị của (1,2,…., nt) Trong

V-BLAST, hoán vị này được thực hiện phụ thuộc vào H

(với giả thiết rằng máy thu biết được nó) chứ không phụ

thuộc vào y.

Trang 47

Tách sóng ghép kênh không gian

V-BLAST: Tách các luồng số liệu bởi ZF hoặc MMSE với OSIC

 Ordering: choosing the best channel Nulling: using ZF or MMSE

 Slicing: making a symbol decision

 Canceling: subtracting the detected symbol

 Iteration: going to the first step to detect the next

Trang 48

Trang 49

Xóa được thực hiện bằng cách trọng số hóa tuyến tính các tín hiệu thu sao cho thỏa mãn tiêu chuẩn hiệu năng như MMSE hoặc ZF Với ZF,

i=1,2, ,nt sao cho:

j = i

ìïï=d=íïïî

Trang 50

Trang 51

 Máy thu ước tính sai số bình phương nhỏ nhất (LLSE:

Linear Least Squares Estimation) hay MMSE (Minimum mean square error)

µ íc tÝnh tuyÕn tÝnhLLSE

Trang 52

So sánh đếm lỗi

f=1 t=1

f=f+1

f Ff

t Tt t=t+1

Kết thúc

SS

Trang 53

Tạo vectơ tín hiệu phát : X

Xác định:(i) Tham số mô phỏng (Số vòng lặp F); (ii) Tham số kênh (Số anten phát/thu, SNR kênh, lấy mẫu kênh ); (iii)Tham số tín hiệu (năng lượng phát Es, mức điều chế M-QAM, ngưỡng quyết định).

Giải thuật:V-BLAST/ZF

f=f+1

f Ff

t Tt t=t+1

Kết thúc

Bắt đầu

W W

i 1k

zWˆQ z

WWW H

xxx xijargmin W

Bắt đầu

Kết thúc

 Giải thuật V-BLST/ZF:

Các bước của V-BLAST

 Ordering: choosing the best

Nulling: using ZF oror MMSE

 Slicing: making a symbol decision  Canceling: subtracting the

detected symbol

Iteration: going to the first step to detect the next symbol

Trang 54

WWW H

xxx xij

các cột k ,k , , k xóa về không.à giả đảo của

là hàng thứ j của W là bộ lượng tử lấy đ

i j

WQ

iểm

tín hiệu ngần nhất (khoảng cách Eclic)

i 1+=H+k

w

Trang 55

Giải thuật tách ký hiệu cho kênh MIMO Xác định: (i) Tham số mô phỏng (Số vòng lặp F); (ii)

Tham số kênh (Số anten phát/thu, SNR kênh, lấy mẫu

kênh ); (iii) Tham số tín hiệu (năng lượng phát Es, mức điều chế M-QAM, ngưỡng quyết định).

N I

Q QQQ ˆ QQˆQ

y HxηxWyWHHHxx

µ íc tÝnh tuyÕn tÝnhLLSE

Trang 56

Giải thuật:V-BLAST/LLSE

Xác định: (i) Tham số mô phỏng (Số vòng lặp F);

(ii) Tham số kênh (Số anten phát/thu, SNR kênh, lấy

mẫu kênh ); (iii) Tham số tín hiệu (năng lượng phát

Es, mức điều chế M-QAM, ngưỡng quyết định ).

f=f+1

f Ff

t Tt t=t+1

Kết thúc

SSS Sij

N Inn

W W

W WW W

ki k ikki 1ikk

i 1kkk0 ntt

zˆQ z

N Inn

n nn nnn nn n nn

yy x HWHH H

Các bước của V-BLAST

 Ordering: choosing the best

Nulling: using ZF oror MMSE

 Slicing: making a symbol decision  Canceling: subtracting the

detected symbol

Iteration: going to the first step to detect the next symbol

Trang 57

N I

yy x HWHH H

Trang 58

Giải thuật tách sóng V-BLAST/MAP

V-BLAST và các quy tắc của MAP, giải thuật sử dụng cấu trúc phân lớp của V-BLAST nhưng đồng thời sử dụng chiến lược thứ tự xử lý kênh dựa trên quy tắc MAP <=> trong mỗi lớp của V-BLAST (vòng lặp i) thực hiện xắp xếp thứ tự xử lý kênh dựa trên nguyên lý MAP Lưu ý việc hoán vị chỉ số (k1,k2, ,knt) trong V-BLAST/MAP

phụ thuộc vào cả HH và yy, không như BLAST/ZF và

V-BLAST/LLSE chỉ phụ thuộc vào HH :

Giải thuật V-BLAST/ZF/MAP.Giải thuật V-BLAST/LLSE/MAP.

Trang 59

Giải thuật MAP

-z sijijij 2

Trang 60

S S

ii iiQi

zW ysz

1i 1

ij1i 1ijij

s' Aiij

k , ,k

f z s

p,k , ,kf z s'

WW H

Xác định:(i)Tham số mô phỏng (Số vòng lặp F); (ii) Tham số kênh (Số anten phát/thu, SNR kênh, lấy mẫu kênh ); (iii) Tham số tín hiệu (năng lượng phát Es, mức điều chế M-QAM, ngưỡng quyết định).

Bắt đầu

t=1SNR = SNR(t)

f=1

Trang 61

zW ysz

iijk , ,kf z s

p,k , ,kf z s'

Bắt đầu

i = i+1

i niĐ

Kết thúcK K

i ii

i 1ikki 1k

WW H

-z sijijij 2

-ps

Trang 62

Giải thuật:V-BLAST/LLSE/MAP

i 1iki k

i 1kkk0 ntt

N Inn

nnn nn nnnnnnnnnnn

yy x HWHH H

Xác định:(i)Tham số mô phỏng (Số vòng lặp F);

(ii)Tham số kênh (Số anten phát/thu, SNR kênh, lấy mẫu kênh ); (iii)Tham số tín hiệu (năng lượng phát Es, mức điều chế M-QAM, ngưỡng quyết định ).

i = i+1Đ

Kết thúcBắt đầu

N Inn

W W

W WWWWWW W

1i 1

ij1i 1ijij

s' Ai

k , ,k ij

f z s

p,k , ,f

kz s'

m m

ii iii

zsQ z

W y

i ni

Trang 63

n nn nnn nn n nn

yy x HWHH H

i = i+1

Kết thúcBắt đầu

N Inn

1i 1

ijijs' A

k , ,k ij

f z s

p,k , ,f

kz s'

Trang 64

Kết quả mô phỏng

Trang 65

Trang 66

Trang 67

Trang 68

Trang 69

Trang 70

Trang 71

Trang 72

Giải thuật: V-BLAST/LLSE

Giải thuật: V-BLAST/ZF/MAP.Giải thuật: V-BLAST/LLSE/MAP.

Xây dựng chương trình mô phỏng kênh MIMO, và tách sóng MIMO-V-BLAST gồm: V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE; V-BLAST/ZF/MAP; V-LAST/LLSE/MAP.

Kiến nghị ứng dụng chương trình mô phỏng vào nghiên cứu khoa học & đào tạo ở Học viện.

Trang 73

Trang 74

m r

m,1m,2m,r m rV C is called the transmit precoding matrix V is (rotation) unitary matrices

x(k) C be r independent symbol sequences that we wish to send satisfies V.V =V V=I

1 4 2 431 4 4 4 4 2 4 4 4 4 3

,1

Trang 75

n KI

:: :hh h

w(k)= I(k) + z(k)

I (k)z (k)wI (k)z (k)

n n 1

(k)w (k)

Trang 76

n,1n,2n,m n mH C is the matrix of complex channel gains

baseband transmittedis the baseband signal interference

n n 1z(k) C is the y(k) C is additive noise at the baseband the receive antennasreceived signals w(k)

y (k)y (k)

y (k) ×

=  

Trang 77

1,r2,rn,r r nU,V are (rotation) unitary matrices satisfies U.U =U U=I & V.V =V V=I U is complex c

Mô hình máy thu

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	4,09 MB