- Tính khơng õ àng về ph t ong khơi phục sóng m ng PSK
6.2.4.Kỹ thuật ghé nh theo hông gian (SDM)
y Hs +z (6.50) Sử dụng phương pháp SV (Singular Value ecomposition) ch ng
6.2.4.Kỹ thuật ghé nh theo hông gian (SDM)
guyên lý chung của phương pháp phân kênh theo không gian rất đơn giản: ở máy phát (Tx) luồng tín hiệu phát được chia thành luồng nh s tn và truyền đồng thời qua anten phát. Tại máy thu, các luồng tín hiệu sẽ được tách riêng ra rồi gh p lại (MUX) với nhau. Phương pháp phân kênh theo khơng gian này được mơ tả như hình dưới đây:
Hồng Quang Trung – Bộ mơn Cơng nghệ Truyền thơng Page 140
Hình 6.18. Mơ hình hệ thống MIMO-SDM
o tín hiệu phát tại các anten khác nhau nên việc tách tín hiệu của mỗi luồng phát ở máy thu sẽ chịu ảnh hưởng nhiễu đồng kênh từ các luồng cịn lại. Vì v y, máy thu cần sử dụng một bộ tách tín hiệu tốt có khả năng cung cấp tỷ số lỗi bit ( ER) thấp, đồng thời lại không yêu cầu quá cao về độ ph c tạp tính tốn. o máy phát sử dụng ở phương pháp phân kênh theo không gian này ch đơn thuần là một bộ phân kênh, các nghiên c u về MIMO-S M đều t p trung vào việc thiết kế bộ tách tín hiệu ở máy thu.
ựa theo theo tính chất tuyến tính của phương pháp tách tín hiệu, các bộ tách tín hiệu MIMO-S M được phân loại thành hai nhóm lớn đó là các bộ tách tín hiệu tuyến tính và các bộ tách tín hiệu phi tuyến.
Các bộ tách tín hiệu tuyến tính bao gồm: bộ tách tín hiệu ZF (Zero- Forcing) và bộ tách tín hiệu MMSE (Minimum Mean-Square Error). Ưu điểm của các bộ tách tín hiệu tuyến tính là có độ ph c tạp tính tốn thấp và dễ thực hiện nhờ các thu t tốn thích nghi phổ biến như MS ( east Mean Square: bình phương trung bình nh nhất), R S (Recursive east Square: bình phương nh nhất quy hồi), ... hược điểm của các bộ tách tín hiệu tuyến tính là phẩm chất tách tín hiệu (tỷ số lỗi bit) đạt được tương đối thấp, đặc biệt là khi sử dụng số lượng anten phát lớn. Gần đây, nhờ việc áp dụng kết hợp với thu t toán lattice-reduction các bộ tách tín hiệu tuyến tính ZF và MMSE có thể đạt được tỷ số lỗi bít ( ER) gần tối ưu, trong khi độ ph c tạp tính tốn hầu như không thay đổi. X t một cách tổng quát thì vào thời điểm mà u cầu về độ tính tốn ph c tạp thấp vẫn là quan trọng như hiện nay thì các bộ tách tín hiệu tuyến tính có ưu điểm hơn và, vì v y, thường được áp dụng trong thực tế nhiều hơn.
Hồng Quang Trung – Bộ mơn Cơng nghệ Truyền thông Page 141
gược lại, so với các bộ tách tín hiệu tuyến tính, các bộ tách tín hiệu phi tuyến có ưu điểm là có phẩm chất ER tốt hơn, nhưng lại chịu phải nhược điểm về độ ph c tạp tính tốn lớn. Trong các bộ tách tín hiệu phi tuyến, bộ tách tín hiệu M (Maximum ikelihood) là bộ tách tín hiệu tối ưu, t c là có phẩm chất ER tốt nhất. Tuy nhiên, yêu cầu về độ ph c tạp tính tốn của bộ tách tín hiệu lại lớn nhất, vì v y, bộ tách tín hiệu này rất ít được sử dụng trong thực tế. Gần đây, các nghiên c u đã đề xuất áp dụng thu t toán giải mã cầu (sphere decoding) vào các bộ tách tín hiệu M nhằm giảm nh độ ph c tạp tính tốn của nó đến m c cho ph p có thể áp dụng được trong thực tế. Các bộ tách tín hiệu sử dụng thu t toán giải mã cầu, gọi tắt là các bộ tách tín hiệu cầu phương (sphere dectector), hiện tại đang là các bộ tách tín hiệu được đánh giá là có triển vọng nhất. gồi bộ tách tín hiệu M , các bộ tách tín hiệu phi tuyến khác như SIC (Successive Interference Cancellation: triệt nhiễu nối tiếp) hay PIC (Parallel Interference Cancellation: triệt nhiễu song song) đều sử dụng phương pháp kết hợp một bộ tách sóng tuyến tính với các phương pháp triệt nhiễu song song hoặc nối tiếp nhằm cải thiện phẩm chất ER trong khi vẫn t n dụng được độ tính tốn thấp của các bộ tách tín hiệu tuyến tính.
.2. . Mã hông gian th i gian Trư ng hợ nh MISO 2 1
ình dưới đây mô tả phân t p phát không gian-thời gian do Alamouti đề xuất vào năm 1 8 sử dụng hai anten phát và một anten thu. Phương pháp phân t p này còn được gọi là mã khối không gian-thời gian (ST C: Space-Time lock Code) Alamouti, mặc d về mặt bản chất nó khơng hề đem lại độ lợi mã hóa.
Phương h mã h a: Tại một chu kỳ ký hiệu (symbol period) cho trước hai dấu tín hiệu sk và sk1 được mã hố cả về khơng gian và thời gian như mô tả ở bảng:
Tại khe thời gian k, anten phát th nhất phát đi sk trong khi anten th hai phát đi sk1. Tại khe thời gian tiếp theo, (k+1), anten phát th nhất phát
Hoàng Quang Trung – Bộ môn Công nghệ Truyền thông Page 142
đi sk1 trong khi đó anten th hai phát đi sk. ằng cách này việc mã hoá được thực hiện theo cả khơng gian và thời gian.
Hình 6.19. Sơ đồ Alamouti với anten phát và 1 anten thu.
Tương tự như trường hợp kết hợp thu phân t p MRC, giả sử kênh pha- đinh biến đổi ch m, t c là, pha-đinh không thay đổi trong khoảng thời gian gi a hai dấu tín hiệu. hờ đó, ch ng ta có thể b qua ch số thời gian ở trong biểu diễn kênh. Đặt các kênh truyền từ anten phát th nhất và th hai tới anten máy thu tương ng là 1
1 1 j j h e và 2 2 2 j h e . Các tín hiệu thu được tại các khe thời gian k và k+1 là:
1 1 2 1 1 1 2 1 6.73 6.74 k k k k k k k k y h s h s n y h s h s n
Phương ph p kết hợp: iến đổi hai biểu th c trên như sau
1 1 2 1 1 2 1 1 6.75 6.76 k k k k k k k k y h s h s n y h s h s n
Để ý rằng để ước lượng được các dấu tín hiệu sk và sk1 một cách tối ưu, ch ng ta cần phải tách được thông tin về các dấu này ch a trong các tín hiệu thu yk và yk1. Việc này có thẻ thực hiện được nhờ sử dụng lu t kết hợp sau đây: 1 2 1 1 2 1 1 6.77 6.78 k k k k k k s h y h y s h y h y o đó ta có:
Hồng Quang Trung – Bộ mơn Cơng nghệ Truyền thông Page 143 2 2 1 2 1 2 1 k k k k s s h z h z (6.79) 2 2 1 1 2 1 1 1 2 k k k k s s h z h z (6.80) Sự khác biệt duy nhất ở các dấu ước lượng được nhờ sử dụng phương pháp MRC và phương pháp ST C của Alamouti là sự quay pha của các thành phần tạp âm. Tuy nhiên, sự quay pha tạp âm này không làm suy giảm tỷ số S R hiệu dụng đầu ra. Vì v y, ch ng ta có thể kết lu n rằng ph ơng pháp ph n tập phát kh ng gian-thời gian s ng hai anten phát à một anten thu của A amouti t ơng đ ơng i ph ơng pháp ph n tập thu MRC s ng một anten phát à hai anten thu. Tuy nhiên, điều này ch đ ng cho
trường hợp tổng công suất phát khơng bị chuẩn hóa sao cho cơng suất phát của cả hai phương pháp phân t p như nhau. ếu tổng công suất của hai anten phát trong trường hợp phân t p phát của Alamouti được chuẩn hóa bằng cơng suất phát từ một anten trong trường hợp thu MRC thì các thành phần tín hiệu sk và sk1 ch bằng một nửa. ết quả là, tỷ số S R và ER đầu ra của hệ thống Alamouti ST C sẽ bị suy giảm đi 3 d so với các tỷ số tương ng của hệ thống phân t p tjhu MRC. ết lu n lại ch ng ta có thể nói rằng A amouti STBC đạt đ c cấp độ ph n tập giống nh của ph ơng
pháp MRC nh ng bị su giảm ề phẩm chất 3 B.
T h s ng tối ưu: lu t quyết định M được định nghĩa đồng thời cho cả skvà sk1 như sau: