DI ĐỘNG WCDMA
4.5. Các kết quả mô phỏng
Khi chiến lược phát đơn giản kết hợp với định dạng máy thu MMSE cho ta hiệu năng gần với hiệu năng tối ưu nếu bám nghiệm MMSE. Vì vậy cần phải kiểm tra khả năng bám của các giải thuật thích ứng khi nghiệm thay đổi theo thời gian dưới dạng dung lượng kênh.
Ta thực hiện mô phỏng cho 2 trường hợp:
• Ma trận độ lợi kênh H thay đổi do phađinh • Ma trận độ lợi nhiễu HI thay đổi do phađinh
Trường hợp 1:
Các thực thể của H là các quá trình phađinh Rayleigh độc lập với độ lợi đơn vị trung bình và tần số Doppler fD = 40Hz
Không có nguồn nhiễu ngoài (HI = 0)
Tạp âm máy thu có phương sai là σz2 =0.02
Công suất phát tổng P=1
Tần số lấy mẫu là 2048Hz
Khi m=4 và n=2 kết quả mô phỏng được cho ở hình sau: Khi m=4 và n=2 kết quả mô phỏng được cho ở hình sau:
Ở đây, giải thuật LMS bám theo nghiệm khá tốt (rõ ràng). Tăng số anten thu thì nghiệm MMSE trở nên thay đổi theo thời gian hơn và nhậy cảm với các thay đổi trong kênh hơn. Khi m=4 và n=4 thì hiệu năng bám là kém hơn.
Trường hợp 2:
H là ngẫu nhiên nhưng được cố định trong mỗi mô phỏng
HI là quá trình phađinh Rayleigh độc lập có các độ lợi đơn vị trung bình và tần số Doppler fD = 40Hz
Số nguồn nhiễu: K=2
Số anten phát: m =4, số anten thu n = 2
Công suất phát tổng là 1
Công suất phát của mỗi nguồn nhiễu là ½
Với việc cập nhật ma trận tiền mã hóa V rất khó thực hiện, ta sử dụng một chiến lược phát đơn giản nhất mỗi kênh không gian phát trên anten riêng có công suất bằng nhau, khi dùng giải pháp này kết hợp với việc định dạng máy thu MMSE nhận được kết quả gần với dung lượng kênh tối ưu khi số lượng anten là vừa đủ.
Khảo sát số ăng ten phát và thu cần thiết
Nghiên cứu ảnh hưởng số anten phát và thu lên hiệu năng hệ thống. Người ta đã chứng minh rằng, hiệu năng tốt nhất cần ít nhất r + K antenna thu. Theo kết quả trên, nghiệm ui nên có các đặc tính sau:
ui nên có thành phần khác không đáng kể của H.vi để khôi phục kênh không gian thứ i.
ui nên trực giao với Hv , j ij ∀ ≠ nhất để loại bỏ kênh không gian còn lại.
ui nên trực giao với HI nhất để loại bỏ K nguồn nhiễu.
Phân tích chi tiết cho kết quả trên. Biết rằng nghiệm MMSE đối với kênh không gian thứ i là R .R1
i i yy yx
u = − % vì vậy MSE tối ưu là:
( ) H 1 R 2 R .R . R R .R .R− = − ℜ + = − %% % %% % % i i i i i i i H i x x yx i i yy i H x x yx yy yx u u u ξ (4.17) với: I I H I I R H.V.R .V .H R H.V.R .V .H H .R .H R R H. .R = + = + + = %% %% % %% i i i i i i i H H yy x x ww H H x x x x zz yx vi x x (4.18) Theo đó ( I I ) 1 1/2 H 1/2 I I R 1 R . .H H.V.R .V .H H .R .H R .H. .R i i i i i i H H H H i x x x x vi xx x x zz vi x x ξ = − + + − %% %% %% %% H ( H) 1 = Rx xi i 1−ai . A.A − .ai %% (4.19) trong đó ta định nghĩa I I 1/ 2 1/ 2 1/ 2 I A= H.V.Rxx%% H .Rx x Rzz (4.20)
Vì vậy phương pháp sẽ hiệu quả nghĩa là rút gọn trong MSE sẽ rất cao nếu
( ) 1 H. A.AH .
i i
a − a gần với 1.
Ta kiểm tra kết quả trên bằng mô phỏng. Trong mô phỏng này, ta có NT = 10 antenna phát, NR = 15 antenna thu và K = 5 nguồn nhiễu. Ở đây H và HI là ngẫu nhiên nhưng được cố định trong mô phỏng và mỗi thực thể đều có độ lợi đơn vị trung bình. Toàn bộ công suất phát được phân bổ cho người dùng là bằng 1 và công suất của mỗi nguồn nhiễu là 1/5. Thì mỗi 1≤ ≤m NT & 1≤ ≤n NR ta lấy m máy phát và n máy thu đầu tiên và tính dung lượng MIMO.
m = 1 (đường dưới cùng) và m = 10 (đường trên cùng). Lưu ý, điểm mà tại đó hiệu năng tốt hơn so với đường bên dưới nó, nhưng đặc biệt lưu ý đến các điểm ngắt tại n = r+K = m+K. Để làm rõ hơn nữa, ta giả thiết phương sai tạp âm rất thấp như σ =z2 0,0001. Khi đó dung lượng được mô tả trong hình sau:
4.8. Kết luận
Chương này, đồ án đã xây dựng mô hình và chương trình mô phỏng kênh MIMO cho phép khảo sát hiệu năng dung lượng theo số ăng ten thu phát. Trước tiên ta lập mô hình kênh cho hệ thống MIMO với nguồn nhiễu ngoài và rút ra dung lượng kênh trong điều kiện giả định tạp âm và nhiễu là Gaussian. Tiếp theo đề xuất sơ đồ phát đơn giản mà sơ đồ này kết hợp với định dạng máy thu MMSE đạt được gần với dung lượng tối ưu nếu số lượng ăng ten thu đủ lớn. Sau đó ta ước tính hiệu năng giải thuật LMS trong việc đạt được định dạng máy thu MMSE dưới điều kiện kênh khác. Cuối cùng đề xuất khám phá số ăng ten thu cần thiết để đạt được hiệu năng tốt nhất và được kiểm tra thông qua mô phỏng.
Chương trình mô phỏng xây dựng có tính modul cho phép cải tiến, phát triển, nâng cấp sau này, thuận lợi cho việc kiểm tra, đánh giá khảo sát tín hiệu trong mô hình ở dạng rời rạc và liên kết.
KẾT LUẬN
Như đã nêu trong luận văn, hiện nay một trong các thể loại thông tin di động đang phát triển nhanh nhất là thông tin di động tế bào. Nhu cầu sử dụng hệ thống này không chỉ tăng về số lượng, chất lượng mà cả về thể loại. Nhiều giải pháp kỹ thuật và công nghệ đã được nghiên cứu và áp dụng vào mạng. Các thế hệ mạng di động tế bào nối tiếp nhau ra đời. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA UMTS và các thế hệ sau đó sẽ giải quyết được những mâu thuẫn giữa việc tăng dung lượng và chất lượng dịch vụ cũng như giá thành.
Với sự phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba trong tương lai trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Vấn đề cải thiện hiệu năng trong WCDMA là một điều hết sức quan trọng. Cải thiện hiệu năng vô tuyến có chức năng cung cấp vùng phủ tối ưu, đảm bảo dung lượng quy hoạch cực đại, đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu và đảm bảo sử dụng hiệu quả các tài nguyên vật lý và truyền tải.
Với nội dung nghiên cứu “Cải thiện hiệu năng trên cơ sở khai thác các phương pháp phân tập cho WCDMA” đồ án đã tập trung làm rõ các vấn đề sau:
Trình bày những vấn đề cở bản của mạng WCDMA, kiến trúc giao thức giao diện vô tuyến WCDMA, các kênh và sự xắp xếp của chúng để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến.
Trình bày các kỹ thuật phân tập cơ bản đang sử dụng trong thông tin di động hiện nay. Xem xét công nghệ MIMO phân tập và các sơ đồ phân tập điển hình để chống ảnh hưởng bất lợi của kênh. Do hạn chế về mặt thời gian ta chỉ xét hai công nghệ phân tập không gian điển hình: phân tập không gian với MRRC và Alamuoti MIMO.
Đưa ra các kỹ thuật cải thiện hiệu năng cho WCDMA, đó là kỹ thuật cải thiện vùng phủ và kỹ thuật cải thiện dung lượng. Từ đó đi sâu vào phân tích các phương pháp phân tập và MIMO trong UTRA FDD để thấy được khả năng khắc phục các tác hại của pha đinh đa đường và nâng cao độ tin cậy truyền dẫn thông tin. Do đó cải thiện hiệu năng cho đường lên và đường xuống của mạng WCDMA.
Xây dựng giải thuật thích ứng để bám nghiệm MMSE, nghiên cứu ảnh hưởng số ăng ten thu và phát lên hiệu năng hệ thống. Thông qua mô phỏng cho thấy khi dùng giải pháp mỗi kênh không gian phát trên ăng ten riêng có công suất bằng nhau kết hợp với việc định dạng máy thu MMSE sẽ nhận được kết quả đáng ngạc nhiên gần với dung lượng kênh tối ưu khi số lượn ăng ten đủ lớn.
Mặc dù đã có cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong đề tài chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] 3GPP, Technical Specification 25.211, “Physical Channels and Mapping of Transport Channels Onto Physical Channel (FDD)”, v8.2.0, November 2008.
[2] 3GPP, Technical Report 25.867, “Mutiple Input Multiple Output in Utral”, v7.0.0, March 2007.
[3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Lý thuyết trải phổ và ứng dụng”. Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2006.
[4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Giáo trình thông tin di động”. Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2007.
[5] HaMalainen, J., Pajukoski, K.Tiirola, E., Wichman, R. And Ylitalo, J., “On the performance of multi-user MIMO in UTRA FDD uplink”. EURASIP Journal on Wireless Communication and Networking, Special Issu on Multi-user MIMO Networks. 2, 2004, pp. 297-308.
[6] 3GPP, Technical Specification 25.214, “Physical Layer Procedures (FDD)”, v8.1.0, March 2008.
[7] Laiho, J., Wacker, A., “Radio Network Planning and Optimisation for UMTS” , john wiley & sons, 2006.
[8] Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp. “Double Space-Time Trasmit Diversity with Subgroup Rate Control for UMTS”. Institute of Communication and Radio-Frequency Engineering Vienna University of Technology, November 2005.