Bộ tách sóng khử nhiễu đồng thời (PIC) là thuật toán tách sóng phi tuyến độ phức tạp thấp, hiệu quả cho việc tách các tín hiệu mong muốn từ các quan sát kênh MIMO. Giống như SIC, bộ tách sóng PIC thực hiện ước tính và khử nhiễu từ quan sát gốc để tạo ra một quan sát với các tín hiệu còn lại với nhiễu kỳ vọng thấp. Bộ tách sóng PIC được đề xuất đầu tiên cho các hệ thống truyền thông tổ ong số, trong đó nó được gọi là “bộ tách sóng đa tầng”. Thuật toán cơ bản cho bộ tách sóng PIC như sau:
1. Bộ tách sóng PIC xây dựng một phép ước tính của một số hoặc tất cả vectơ đầu vào kênh MIMO (bao gồm kết hợp của các ký hiệu mong muốn hay không mong muốn bất kỳ) sử dụng một kỹ thuật đơn giản như là lọc ghép hoặc tách sóng khử về 0. Khi đó các ước tính này được nhân với các cột liên hợp của chúng trong ma trận kênh MIMO H và lấy quan sát gốc x trừ đi để được quan sát còn lại xr. Khác với bộ tách sóng SIC, tất cả các thao tác này được thực hiện đồng thời.
2. Mỗi đầu vào kênh mong muốn khi đó được ước tính từ quan sát còn lại sử dụng một kỹ thuật đơn giản như lọc ghép. Và điều này cũng được thực hiện đồng thời.
Bộ tách sóng PIC là một thuật toán thỏa mãn ngay từ đầu. Nếu ước tính vectơ tại bước 1 là chính xác, thì các nguồn nhiễu sẽ bị khử và độ tin cậy của các ước tính cho các tín hiệu mong muốn tăng trong bước 2. Tuy nhiên, bộ tách sóng PIC cũng có chung vấn đề về độ nhạy khử nhiễu như bộ tách sóng SIC. Nếu nhiễu được ước tính không chính xác trong bước 1, nó có thể tăng thêm trong quan sát còn lại, khiến cho kết quả các ước tính trong bước 2 còn kém hơn nếu không có sự tham gia của khử nhiễu.
Thực tế, bộ tách sóng PIC có một số cải tiến hơn bộ tách sóng SIC bao gồm: cấu trúc song song của nó có trễ tách sóng thấp hơn cấu trúc nối tiếp của bộ tách sóng SIC. Vì vậy, với các tín hiệu thu với các công suất bằng nhau, bộ tách sóng PIC thực hiện các ước tính với hiệu năng bằng nhau cho tất cả các đầu vào kênh, trong khi bộ tách sóng SIC cung cấp hiệu năng không đều nhau cho các đầu vào kênh. So sánh hiệu năng SINR của bộ tách sóng PIC và SIC cho các hệ thống tổ ong số tham khảo [10].
Nhiều tầng của bộ tách sóng PIC cũng được thực hiện đơn giản. Trong trường hợp này, nếu mỗi tầng cải thiện chất lượng các ước tính ký hiệu mong muốn thì nhiều tầng của tách sóng PIC sẽ hội tụ tới các ước tính ký hiệu chất lượng tốt. Tuy nhiên, rất có thể rằng bộ tách sóng PIC sẽ không hội tụ tới một giải pháp tốt và thực tế có thể phân kỳ. Khi sử dụng ít tầng trong tách sóng PIC thì chất lượng ước tính được cải thiện rất nhiều, trong khi đó nếu sử dụng nhiều tầng tách sóng PIC thực tế lại làm cho các ước tính ở các tầng sau có chất lượng thấp hơn ở tầng đầu tiên [6].
Gần đây các nhà nghiên cứu quan tâm đến việc phát triển bộ tách sóng phi tuyến lai với cấu trúc PIC, việc ước tính nhiễu không tin cậy trong bước 1. Bộ tách sóng PIC mới này được đưa ra để tăng các ưu điểm về hiệu năng hoạt động quan trọng của các bộ tách sóng PIC mã xoắn, tất nhiên sẽ tăng thêm độ phức tạp của bộ tách sóng này.
4.5 Tổng kết
Trong chương này chúng ta đã tập trung vào việc giới thiệu mô hình tín hiệu dàn anten, xây dựng các kỹ thuật tạo búp sóng tuyến tính với các phương pháp và thuật toán
hiệu quả, đưa ra kỹ thuật tạo búp sóng phát. Các kỹ thuật này là khó và đòi hỏi phải có nhiều thời gian nghiên cứu tìm hiểu.
Phần quan trọng khác là đã tổng kết một số các kết quả gần đây về các kênh truyền thông MIMO. Các kênh truyền thông MIMO được đưa ra khá tổng quát và trình bày một số hình thức hoạt động bao gồm một hoặc nhiều bộ phát, một hoặc nhiều bộ thu, và nhiều đường truyền. Dung lượng của các kênh MIMO và mô tả các kỹ thuật để đạt được dung lượng này cũng được thảo luận trong chương này. Chúng ta cũng xem xét một số kỹ thuật tách tín hiệu tuyến tính và phi tuyến cho các kênh MIMO. Các kỹ thuật này phân biệt với nhau bởi một số nhân tố như các thông tin yêu cầu tại bộ thu, độ phức tạp tính toán, và hiệu năng hoạt động. Nghiên cứu các hệ thống truyền thông MIMO sẽ vẫn là một chủ đề quan trọng cần phải xem xét kỹ trong thời gian tới.
KẾT LUẬN
Đồ án gồm bốn chương: chương 1 giới thiệu kiến trúc tổng quan của mạng thông tin di động 3G; chương 2 tập trung vào ứng dụng của các DSP khả trình trong các máy cầm tay hai chế độ (2G và 3G); chương 3 nghiên cứu ứng dụng của các DSP khả trình trong trạm gốc 3G; chương 4 nghiên cứu sử dụng DSP khả trình trong xử lý dàn anten.
Để nghiên cứu đồ án “Ứng dụng các DSP khả trình trong 3G” đòi hỏi phải có một vốn kiến thức chắc chắn về xử lý tín hiệu số. Trong hệ thống thông tin di động các DSP có vai trò quan trọng, các DSP khả trình giúp cho hệ thống tăng mạnh về dung lượng, tốc độ xử lý, tính mềm dẻo. So với hệ thống 2G, thì hệ thống 3G với vùng phủ rộng hơn, cung cấp nhiều dịch vụ hơn, tốc độ truyền tải tin tức cao hơn, v.v.. điều đó càng cho thấy vai trò của các DSP khả trình trong các hệ thống thông tin di động 3G là vô cùng quan trọng. Cần phải có phương pháp thiết kế các vi mạch DSP cho các hệ thống 3G để hệ thống 3G đảm bảo được sự kỳ vọng của các tiêu chuẩn mà các tổ chức chuẩn hóa đưa ra.
Đồ án đã hoàn thành đúng yêu cầu được đặt ra ban đầu. Nội dung đồ án đi sâu nghiên cứu ứng dụng của các DSP khả trình trong mạng truy nhập vô tuyến: cụ thể là ứng dụng của các DSP trong máy cầm tay hai chế độ (2G và 3G), các modem trạm gốc 3G, và xử lý dàn anten.
Đồ án đã xây dựng một số phương pháp thiết kế phần cứng trong máy cầm tay, đưa ra các phân tích hệ thống và các giải pháp bộ đồng xử lý mềm dẻo trong trạm gốc 3G, nghiên cứu các kỹ thuật tạo búp sóng tuyến tính ở dàn anten, đặc biệt đã đưa ra các phương pháp ước tính của các tín hiệu mong muốn trong các hệ thống MIMO.
Nội dung đồ án mới chỉ nghiên cứu ứng dụng của các DSP khả trình trong mạng truy nhập vô tuyến, chưa nghiên cứu mạng lõi. Hướng tiếp theo của Đồ án là tiếp tục nghiên cứu đầy đủ ứng dụng của các DSP khả trình trong hệ thống 3G, như: nghiên cứu SDR, xử lý ảnh và âm thanh dùng DSP khả trình, v.v.. và xây dựng phương pháp thiết kế vi mạch DSP cho 3G.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng trong đề án chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình Thông tin di động thế hệ ba”, NXB Bưu điện, 3/2004.
[2] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình Thông tin di động”, NXB Bưu điện, 6/2002. [3] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động GSM”, NXB Bưu Điện, 1999.
[4] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Giáo trình Cơ sở truyền dẫn vi ba số”, NXB Bưu điện, 4/2001.
[5] TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Lý thuyết trải phổ và ứng dụng”, NXB Bưu Điện, 05/2000.
[6] Alan Gatherer and Edgar Auslander, “The Application of Programmable DSPs in Mobile Communications”, John Wiley & Sons Ltd, 2002.
[7] Gatherer, A., Stetzler, T., McMahan, M. and Auslander, E., “DSP based architectures for mobile communications: past, present, and future”, IEEE Communications Magazine, January 2000.
[8] Agee, B., “Blind Separation and Capture of Communication Signals Using a Multitarget Constant Modulus Beamformer”, in Proceedings of the 1989 IEEE Military Communications Conference, Boston, MA, October 1989.
[9] M. Bromberg and B. Agee, “The LEGO approach for achieving max-min capacity in reciprocal multipoint networks”, in Proceedings of the Thirty Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, Oct. 2000.
[10] Brown, D. and Johnson, C., “SINR, Power Efficiency, and Theoretical System Capacity of Parallel Interference Cancellation”, in Proceedings of the 2000 Conference on Information Sciences and Systems, Vol. 1, Princeton, NJ, 15–17 March 2000, pp. TA2.1– TA2.6.
[11] Viterbi, A., “Very Low Rate Convolutional Codes for Maximum Theoretical Performance of Spread-Spectrum Multiple-Access Channels”, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 8, May 1990, 641–649.
[12] Patel, P. and Holtzman, J., “Analysis of a Simple Successive Interference Cancellation Scheme in a DS-CDMA System”, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 12, June 1994, 796–807.
[13] Schniter, P. and Johnson, C., ‘Sufficient Conditions for the Local Convergence of Constant Modulus Algorithms’, IEEE Transactions on Signal Processing, 48, October 2000, 2785–2796.
[14] Madow, U., ‘Blind Adaptive Interference Suppression for Direct-Sequence CDMA’, Proceedings of the IEEE, 86, October 1998, 2049–2069.
[15] D. Brown, D. Anair, and C. Johnson, ‘Linear detector length conditions for DS-CDMA perfect symbol recovery’, in Proceedings of the 1999 Signal Processing Advances in Wireless Communications Conference, Annapolis, MD, pp. 178–81, May 9-12 1999. [16] Raleigh, G. and Cioffi, J., ‘Spatio-Temporal Coding for Wireless Communication’, IEEE
[17] Visotsky, E. and Madhow, U., ‘Optimum Beamforming using Transmit Antenna Arrays’, in Proceedings of the IEEE 49th Conference on Vehicular Technology, Vol. 1, 1999, pp. 851–856.