1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
4.2.5Kỹthuật tách tín hiệu
Kỹ thuật tách tín hiệu bao gồm tách đơn người dùng (SD) và đa người dùng (MD). Kỹ thuật SD tách tín hiệu quan tâm bằng cách loại trừ giao thoa đa truy nhập. Trong hệ thống MC-CDMA, SD được thực hiện bằng cách sử dụng lọc cân bằng một bậc để bù méo dạng vì fading phẳng trên mỗi kênh con. Lọc cân bằng thực hiện sau phép giải trải phổ. Như trong OFDM, bộ lọc cân bằng một cấp là một bộ nhân
phức cho mỗi sóng mang phụ. Nếu ta biết trước cấu trúc mã trải phổ của tín hiệu giao thoa thì giao thoa đa truy nhập không thể xét trước như nhiều hệ quả SD là cận tối ưu. Tính cận tối ưu SD có thể vượt qua MD nếu thông tin ưu tiên về các mã trải phổ của tín hiệu giao thoa được tận dụng trong quá trình tách tín hiệu.
Sự cải thiện đặc tính của MD so với SD dẫn đến độ phức tạp của MD cao hơn. Các phương pháp MD được chia thành hai loại là loại trừ giao thoa (IC- Interference cancellation) và tách kết hợp. Nguyên tắc của IC là tách thông tin của tín hiệu người dùng giao thoa với SD và tái tạo phân bố giao thoa trong tín hiệu thu trước khi trừ phân bố giao thoa từ tín hiệu nhận được và tách thông tin của người dùng mong muốn. Bộ tách tối ưu áp dụng tách kết hợp với sự tương đồng cực đại. Vì độ phức tạp của tách khả năng cực đại tăng tỷ lệ hàm số mũ với số người dùng, trên thực tế ít được áp dụng với số lượng người dùng là ít. Các kỹ thuật tách kết hợp đơn giản hơn có thể được áp dụng bằng các bộ cân bằng tuyến tính.
Bộ thu MC-CDMA trong máy di động của người dùng thứ k được biểu diễn trên hình 4.6.
Hình 4.6 Bộ thu MC-CDMA ở thuê bao 4.2.5.1 Tách đơn tín hiệu người dùng
Nguyên tắc của tách SD là tách tín hiệu người dùng quan tâm mà không quan tâm đến bất cứ thông tin nào về giao thoa đa truy nhập. Kiến trúc bộ thu áp dụng kỹ thuật SD được biểu diễn trên hình 4.7.
Sau phép giải điều chế OFDM, dãy nhận được r được cân bằng nhờ bộ lọc cân bằng một cấp để chống méo dạng pha và biên độ gây ra trên kênh vô tuyến của các
kênh con. Lọc cân bằng một cấp là mạch nhân phức trên các kênh con. Dãy nhận được tại đầu ra của bộ cân bằng có dạng:
(4.31) Ma trận đường chéo cân bằng:
(4.32) Kích thước LxL biểu diễn L hệ số cân bằng phức của các sóng mang con gắn với s. Đầu ra phức u của bộ cân bằng được giải trải phổ bằng cách tương quan nó với mã trải phổ bù phức của người sử dụng quan tâm . Giá trị quyết định mềm phức tại đầu ra của bộ giải trải phổ là:
(4.33)
Hình 4.7 Tách đơn người dùng ở MC-CDMA
Giá trị quyết định cứng của ký hiệu dữ liệu tách được xác định bằng:
(4.34) Trong đó Q{.} là phép lượng tử hóa tương ứng với bộ chữ ký hiệu đã chọn. Cụm từ bộ cân bằng được tổng quát hóa ở phần sau, vì quá trình xử lý vecto nhận được r tương ứng với các kỹ thuật kết hợp phân tập điển hình cũng được nghiên cứu sử dụng SD như biểu diễn trên hình 4.7.
- Kết hợp tỷ số cực đại: MRC gán cho mỗi kênh con một hệ số trọng lượng với hệ số kênh bù phức tương ứng, dẫn đến:
(4.35) Với H1,1, l = 0,…, L – 1 là các thành phần đường chéo của H. Trở ngaijcuar MRC trong hệ thống MC-CDMA trong đường xuống là chỗ nó phá hủy tính trực giao giữa các mã trải phổ và như vậy, làm tăng cường giao thoa đa truy nhập. Trong
đường lên, MRC là kỹ thuật tách đơn người dùng hứa hẹn nhất vì các mã trải phổ không chồng chéo theo cách trực giao tại bộ thu và sự cực đại hóa tỷ số tín hiệu/ giao thoa là tối ưu.
Kết hợp tỷ số khuếch đại hằng: EGC chỉ bù quay pha gây ra bởi kênh bằng cách chọn các hệ số cân bằng:
(4.36) EGC là kỹ thuật SD đơn giản nhất, vì chỉ cần thông tin về pha của kênh.
- Ép không: ZF áp dụng đảo kênh và loại trừ giao thoa đa truy nhập bằng cách khôi phục tính trực giao giữa dữ liệu trải phổ trong đường xuống với hệ số cân bằng là:
(4.37) Trở ngại của ZF là với biên độ H1,1 nhỏ, bộ cân bằng làm tăng cường nhiễu. Cân bằng sai lệch trung bình bình phương tối thiểu MMSE. Cân bằng tương ứng với tiêu chí MMSE tối thiểu hóa giá trị trung bình bình phương sai lệch:
(4.38) Giữa bộ phát và đầu ra của bộ cân bằng. Sai lếch trung bình bình phương:
(4.39) Có thể được tối thiểu bằng cách áp dụng nguyên tắc trực giao, cho rằng sai lệch trung bình J1 là tối thiểu nếu hệ số cân bằng G1,1 được chọn sao cho sai lệch #1
là trực giao với tín hiệu nhận được :
(4.40) Các hệ số cân bằng dựa trên tiêu chí MMSE cho các hệ thống MC-CDMA là:
Tính toán các hệ số cân bằng MMSE yêu cầu giá trị phương sai nhiễu thực sự . Với SNR rất cao, bộ cân bằng MMSE đồng nhất với bộ cân bằng ZF.
Với cân bằng cận tối ưu, các hệ số cân bằng được thiết kế sao cho chúng thực hiện tối ưu trong phần lớn các trường hợp tới hạn để đảm bảo truyền dẫn thành công. Phương sai được thiết lập bằng với ngưỡng # tại đó cân bằng tối ưu MMSE đảm bảo mức BER lớn nhất chấp nhận được. Các hệ số cân bằng với cân bằng cận tối ưu là:
(4.42) Chỉ yêu cầu thông tin về H1,1. Giá trị # phải được xác định trong khi thiết kế hệ thống.
Cân bằng có điều khiển có thể được áp dụng trong các bộ thu thực hiện kém hơn cân bằng MMSE cận tối ưu một chút. Cân bằng điều khiển áp dụng phương pháp ép không trên các sóng mang phụ trong đó biên độ của các hệ số kênh vượt quá ngưỡng định trước ath. Tất cả các sóng mang phụ khác áp dụng bằng hệ số khuếch đại kết hợp theo thứ tự để tránh khuếch đại nhiễu. Ở hướng lên, G và H là theo người sử dụng.
4.2.5.2 Tách đa người sử dụng - Tách khả năng cực đại:
Kỹ thuật tách tối ưu sử dụng tiêu chí xác suất hậu nghiệm MAP hoặc tiêu chí giống nhất. Ở phần này, hai thuật toán tách khả năng cực đại được trình bày, gọi là đánh giá dãy khả năng cực đại MLSE, đánh giá tối ưu dãy dữ liệu phát (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và đánh giá ký hiệu khả năng cực đại MLSSE, đánh giá tối ưu ký hiệu phát d(k). Rõ ràng cả hai thuật toán có thể mở rộng thành xác suất hậu nghiệm của dãy và ký hiệu phát. Khi tất cả các dãy và ký hiệu phát bằng với xác suất hậu nghiệm có thể, bộ đánh giá dựa trên tiêu chí MAP và dựa trên tiêu chí giống nhất với đồng nhất. Các vecto ký hiệu dữ liệu có thể phát đi là d#, # = 0,…,
MK – 1, với MK là số các vecto ký hiệu dữ liệu phát đi có thể và M là số các thể hiện có thể của d(k).
- Đánh giá chuỗi khả năng cực đại MLSE:
MLSE tối thiểu hóa xác xuất sai lệch chuỗi, tức là xác suất sai lệch vecto ký hiệu dữ liệu, tương đương với cực đại hóa xác suất có điều kiện mà d#
được phát đi với vecto tín hiệu nhận được là r. Đánh giá của d với MLSE là:
(4.43) Arg ký hiệu argument của hàm. Nếu nhiễu N1 là nhiễu cộng Gauss thì (4.43) tương đương với việc tìm vecto ký hiệu dữ liệu d# sao cho tối thiểu hóa bình phương khoảng cách Euclide:
(4.44) Giữa các chuỗi nhận được và chuỗi phát đi có thể. Vecto dữ liệu phát đi giống nhất là:
(4.45) MLSE yêu cầu đánh giá MK khoảng cách Euclide bình phương cho sự đánh giá vecto ký hiệu dữ liệu ở (4.45)
- Đánh giá ký hiệu khả năng cực đại MLSSE:
MLSSE tối thiểu hóa xác suất sai lệch ký hiệu, tương đương với cực đại hóa xác suất điều kiện mà d(k) được phát đi dưới dãy nhận được r. Đánh giá d(k) nhận được bằng MLSSE là:
(4.46) Nếu nhiễu Nl là nhiễu trắng Gauss thì ký hiệu dữ liệu phát giống nhất là:
Độ phức tạp tăng với MLSSE so với MLSE thể hiện ở (4.47) và (4.45). Ưu điểm của MLSSE so với MLSE là MLSSE tạo ra thông tin tin cậy cho các ký hiệu dữ liệu được tách mà có thể dùng trong bộ giải mã kênh quyết định mềm tiếp theo.
- Bộ cân bằng khối tuyến tính:
Bộ cân bằng khối tuyến tính là bộ tách đa người dùng cận tối ưu, độ phức tạp thấp yêu cầu thông tin về ma trận hệ thống A trong bộ thu. Hai tiêu chí có thể áp dụng để sử dụng thông tin trước này trong bộ thu để tách dữ liệu.
- Bộ cân bằng khối tuyến tính cưỡng ép không:
Tách kết hợp áp dụng bộ cân bằng khối tuyến tính cưỡng ép không phát tại đầu ra của bộ tách vecto dữ liệu quyết định mềm:
(4.48) Với (.)H là chuyển vị Hermitian.
- Bộ cân bằng khối tuyến tính MMSE:
Bộ cân bằng khối tuyến tính MMSE phát tại đầu ra của bộ tách vecto dữ liệu quyết định mềm:
(4.49) Có thể kết hợp các bộ cân bằng tuyến tính với loại trừ giao thoa, gọi là các bộ cân bằng tuyến tính hồi tiếp quyết định.