- Đánh giá lợi ích của kỹ thuật MIMO trong WiMA
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Kết luận - Những phần việc mà luận văn đã làm:
Trong phần lời nói đầu luận văn: “Nghiên cứu một số mô hình MIMO áp dụng cho 4G” đã trình bày: Lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Trong phần tổng quan luận văn đã trình bày: Tóm tắt, phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có của các tác giả liên quan mật thiết đến đề tài luận văn; luận văn cũng nêu ưu, nhược điểm chính của hệ thống MIMO.
Luận văn nghiên cứu xu hướng phát triển và lộ trình tiến tới 3G và 4G của mạng thông tin vô tuyến trên thế giới.
Luận văn đã nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở nghiên cứu một số mô hình MIMO được đề xuất áp dụng trong việc xây dựng mạng thông tin thế hệ 4G, trong đó luận văn trình bày cơ sở lý thuyết, lý luận, các công thức toán học mô phỏng các mô hình này, từ đó nhận xét cho một số mô hình này.
Cuối cùng luận văn đã: Phân tích, đánh giá, hiệu năng một số mô hình MIMO khả dụng cho 4G dựa trên các kết quả mô phỏng sau đó cũng đưa ra bàn luận các kết quả này.
Hướng nghiên cứu tiếp theo:
Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM(Orthogonal
Frequency Division Multiple) thuộc họ các sơ đồ truyền dẫn có tên gọi là điều chế
đa sóng mang (MC:Multicarrier). Nguyên lý điều chế MC dựa trên việc phân chia luồng số truyền tốc độ bit cao thành nhiều luồng số có tốc độ bit thấp hơn (đây là điểm tương đồng với MIMO do đó có thể kết hợp chúng lại thành MIMO – OFDM) và điều chế mỗi luồng bằng một sóng mang riêng gọi là sóng mang con hay tone. Các sơ đồ điều chế MC loại bỏ hay giảm thiểu nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) bằng cách làm cho thời gian ký hiệu đủ lớn để trải trễ gây ra do kênh truyền chỉ bằng một phần không đáng kể (<10%) của chính thời gain ký hiệu.
OFDM là phiên bản hiệu suất phổ cao của điều chế MC, trong đó các sóng mang con được lựa chọn sao cho chúng trực giao với nhau trong thời gian một ký
-LXXIX-
hiệu vì thế không cần sử dụng các kênh sóng mang con cách xa nhau ( không chồng lấn) để tránh nhiễu giữa các sóng mang con. Sóng mang con được lựa chọn sao cho trong thời gian một ký hiệu, nó có một số nguyên lần chu kỳ và được đặt cách nhau một khoảng ∆fFFT =B/N( với B là băng thông chuẩn - bằng tốc độ số liệu; N là số
sóng mang con) để đảm bảo rằng tất cả các sóng mang con đều trực giao với nhau trong thời gian ký hiệu.
Xu thế nghiên cứu khoa học và triển khai thực tiễn hiện nay cho mạng thông tin vô tuyến thế hệ 4G là kết hợp các MIMO và OFDM/OFDMA thành MIMO- OFDM/OFDMA. MIMO-OFDM/OFDMA được coi là cơ sở nền tảng cho các hệ thống truyền thông băng rộng thế hệ mới.
Dựa trên quan điểm kỹ thuật và xu thế nghiên cứu khoa học và triển khai thực tiễn hiện nay cho mạng thông tin vô tuyến đã nêu ở trên: Vì vậy hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn là: nghiên cứu một số mô hình MIMO-OFDM/OFDMA và xu hướng áp dụng của các mô hình này vào mạng thông tin vô tuyến băng rộng như: WLAN (802.11a/g/n), truyền hình số, WiMAX, 3G LTE, Flash-OFDM được phát triển bởi Flarion (bây giờ là QUALCOMM) và các hệ thống thông tin di động 4G.
-LXXX-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Giáo trình, Học viện CN BCVT, 2003.
2. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến”, Giáo trình, Học viện công nghệ BCVT, 2006.
3. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “WiMax”, Giáo trình, Học viện CN BCVT, 2008.
4. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lộ trình phát triển 3G lên 4G HSPA/LTE ”,
Giáo trình, Học viện CN BCVT, 2008.
5. Andrea Goldsmith,” Wireless communications”,Stanford University, pp. 299- 317, 2003.
6. A.B Gershman and N.D.Sidiropoulos, “Space-time processing for MIMO communication”, 2005.
7. Robert W. Heath, Jr. and Arogyaswami J. Paulraj,
“Switching Between Diversity and Multiplexing in MIMO Systems”, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 53, NO. 6, 2005.
8. Taiwen Tang , Chan-Byoung Chae , Robert W. Heath, and
Sunghyun Cho “On Achievable Sum Rates of A Multiuser MIMO
-LXXXI-
PHỤ LỤC
Như đã trình bày ở chương IV của luận văn, phần phụ lục này sẽ trình bày thêm một vài mô phỏng mô hình MIMO tân tiến nhưng chỉ mang tính lý thyết vì các mô phỏng đã bỏ qua một số tiêu chí thực tiễn để xây dựng lên một lý thuyết mang tính “trường hợp lý tưởng ”.
Sau đây chúng ta xét một số mô hình tiêu biểu và phân tích, đánh giá thông qua kết quả mô phỏng.
6.1 Phân tích, đánh giá tốc độ tổng của mô hình MIMO đa người dùng sử dụnghệ thống truyền chuyển tiếp. hệ thống truyền chuyển tiếp.
6.1.1 Mô hình MIMO đa người dùng với nhiều kênh truyền chuyển tiếp
Xét mô hình MIMO đa người dùng với nhiều kênh truyền chuyển tiếp sau:
User Nu Relay Node User 1 User 2 F MIMO BC Fee dback DL Signalling W MIMO Link Optimization Encode Channel Information
Hình 6.1 –Mô hình MIMO đa người dùng sử dụng hệ thống truyền chuyển tiếp
Trên H 6.1 Tại nguồn phát sử dùng nhiều Anten truyền số liệu tới nhiều User qua hệ chuyển tiếp có nhiều anten. Hệ truyền chuyển tiếp này hoàn toàn tuyến tính (không giải mã tín hiệu thu trước khi truyền đi) trong toàn bộ quá trình nhận và truyền tín hiệu tới các User . Trong mô hình này môi trường truyền tín hiệu là tự nhiên.
-LXXXII-
- Tại các node nguồn có Mb anten truyền. - Tại các node chuyển tiếp có Mr anten.
- Kí hiệu H1 là ma trận kênh giữa các node nguồn và hệ truyền chuyển tiếp. - Tín hiệu truyền tại các anten của node nguồn kí hiệu là u ( u là mảng có
kích thước Mb x1)
- Tổng năng lượng ở các node nguồn là Pt được ràng buộc bởi công thức Pt >> E(||u||2) (6.1) với E là kỳ vọng tiêu chuẩn.
Giả sử rằng hệ thống truyền chuyển tiếp ( còn gọi là hệ các node chuyển tiếp) sử dụng hết tất cả Mr anten để thu và phát tín hiệu; bộ xử lý tuyến tính tín hiệu ký hiệu là W có kích thước Mr x Mr dùng để xử lý tín hiệu nhận được tại các node chuyển tiếp.
- Ký hiệu n1 là nhiễu thu được tại các node chuyển tiếp. - Nu là số người sử dụng
Giả thiết rằng : Hệ các node chuyển tiếp nhận được tín hiệu từ các node nguồn phát đi sau đó chuyển tới các User thông qua các anten theo nguyên tắc mỗi anten tại hệ các node chuyển tiếp chỉ truyền số liệu cho 1 user.
- Ký hiệu vector hi,2 kích thước Mr x1 là độ lợi kênh giữa hệ các node chuyển tiếp và user thứ i.
- Ký hiệu xi là tín hiệu vô hướng mà user thứ i thu được. - n2,i là nhiễu vô hướng tại user thứ i.
- n1 là nhiễu vector tại hệ thống các node chuyển tiếp.
Các thành phần của vector nhiễu n1, n2 tuân theo phân bố Gaussian có giá trị trung bình bằng 0 với các phương sai lần lượt là 2
1
σ , 2
2
σ như vậy ta có xi được tính như sau: i T i i =h,2 W(H1u+n1)+n2, Χ i T i T i WWu h WW n h,2 1 + ,2 1)+ 2, = (6.2)
Tín hiệu thu được tại hệ thống các node chuyển tiếp được xử lý bởi ma trận chuyển tiếp W.
- Ký hiệu S~=WH1u+Wn1 (6.3)
- Năng lượng tổng truyền đi tới các user tại hệ các node chuyển tiếp được ràng buộc bởi công thức E ~s 2 ≤ Pr (6.4)
hay Tr{ (H E(uuH)HH +I 2)WH}≤ Pr
11 1
-LXXXIII-
Với Tr {} – là vết của ma trận.
- Nhiễu năng lượng tại user thứ i ký hiệu là:
22 2 1 * 2 , 2 , σ σ ν =hT WHhi + i i (6.6)
Mô hình đa người dùng sử dụng hệ truyền chuyển tiếp này cũng tương tự như các kênh phát quảng bá của MIMO nhưng có điểm khác biệt giữa chúng là tồn tại thêm một năng lượng Pr của hệ các node chuyển tiếp có sự ràng buộc cùng với ma trận W như trong mô hình.
6.1.2 Khảo sát tốc độ tổng đạt được trong mô hình MIMO đa người dùng sử dụng hệ thống truyền chuyển tiếp. dụng hệ thống truyền chuyển tiếp.
Như chúng ta đã biết về các kênh phát quảng bá kiểu MIMO sẽ đạt được dung lượng tổng dung lượng cao nhất khi sử dụng chiến lược loại nhiễu tối ưu của BS được gọi là: “mã hóa giấy bẩn” (Dirty Paper Coding). Do mô hình MIMO đa người dùng sử dụng hệ thống truyền chuyển tiếp có sự ràng buộc công suất phát của hệ truyền chuyển tiếp này nên phải căn cứ vào từng sơ đồ cụ thể mới khảo sát được tốc độ tổng. Ở đây ta áp dụng cho hai sơ đồ cơ bản là SVD và Water- filling.
- Ký hiệu vector tín hiệu sẽ truyền cho nhiều user là s. - Ma trận giải mã tuyến tính tại các node nguồn là F.
- Vector tín hiệu đầu vào là độc lập ngãu nhiên với giá trị trung bình bằng 0 và phương sai là đơn vị, tín hiệu thu được sau giải mã tuyến tính F được ràng buộc như sau:
t
H P
FF
Tr{ }≤ (6.7)
6.2 Hệ thống truyền chuyển tiếp sử dụng SVD.
Khi sử dụng sơ đồ SVD thực chất là thiết kế ma trận chuyển tiếp dạng eigen-space rồi dùng các phép biến đổi nhằm tối ưu thuật toán đưa ra, cụ thể như sau:
- Ký hiệu các vector kênh giữa các user và hệ các node chuyển tiếp là ma trận H2 =[h1,2,...,hNu,2]T (6.8) - Ký hiệu H2 =∏H2 (6.9) là một phép hoán vị của ma trận kênh