CHƯƠNG 2 TIỀN MÃ HĨA CHO HỆ THỐNG MIMO-OFDM
2.1 Tổng quan về kỹ thuật tiền mã hĩa
Ta cĩ thể phân ra thành hai loại tiền mã hĩa tùy thuộc vào số lượng anten thu phát. Tiền mã hĩa cho hệ thống một anten thu một anten phát (MT=MR=1) SISO và tiền mã hĩa cho hệ thống nhiều anten thu phát (MT hoặc MR hoặc cả hai>1) MIMO.
2.1.1 Tiền mã hĩa cho hệ thống SISO
Đối với hệ thống một anten thu phát SISO, hiệu quả tối ưu của phương pháp tiền mã hĩa chính là kỹ thuật đổ nước (WF) như đã mơ tả ở mục 1.1.2. Thuật tốn “đổ nước” thực hiện thay đổi mức cơng suất phát tín hiệu trên mỗi sĩng mang con một
cách liên tục nhằm tối ưu hĩa về mặt dung lượng. Tuy nhiên cũng cĩ nhiều phương pháp khác thực hiện tiền mã hĩa [15], [51], [80], [87] nhằm tối ưu các thơng số khác trong hệ thống như đảm bảo tốc độ bit truyền là tối đa trong khi cơng suất phát là tối thiểu hay đảm bảo tỷ lệ lỗi bit truyền trên các sĩng mang con là như nhau. Các kỹ thuật nhằm thay đổi mức cơng suất phát và số mức điều chế trên mỗi sĩng mang con trong các hệ thống OFDM được biết như kỹ thuật điều chế thích ứng AOFDM (Adaptive-OFDM). Hoặc trong [8] sử dụng phương pháp nghịch đảo kênh truyền kết hợp với việc tiền mã hĩa thích ứng. Trong [57] sử dụng kỹ thuật điều chế ghép kênh các xung chữ nhật trực giao áp dụng cho mơi trường kênh Rayleigh pha-dinh phẳng nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống.
2.1.2 Tiền mã hĩa cho hệ thống MIMO
Đối với hệ thống nhiều anten thu phát, kỹ thuật tiền mã hĩa cĩ thể được chia thành hai loại thứ nhất là phương pháp lựa chọn tập anten con và phương pháp thứ hai là tiền mã hĩa dữ liệu. Trong kỹ thuật lựa chọn tập anten con, thì người ta chỉ sử dụng
MF trong tổng số MT anten phát (MF≤MT). Đối với kỹ thuật tiền mã hĩa dữ liệu, MS
dịng dữ liệu được sắp xếp lên MT anten phát đi.
Cả hai kỹ thuật lựa chọn tập anten con hay tiền mã hĩa đều được thực hiện bằng cách nhân vector tín hiệu phát với một ma trận F kích thước MT×MF. Trong trường hợp lựa chọn tập các anten con thì ma trận F chỉ cĩ hạng bằng MF với các phần tử bằng 0 hoặc 1 và chỉ cĩ duy nhất một số 1 trong hàng tương ứng với số thứ tự của anten được lựa chọn phát thơng tin.
Những nghiên cứu đầu tiên về kỹ thuật lựa chọn anten phát cho kênh pha-dinh phẳng MIMO là trong trường hợp khơng cĩ nhiễu [33], [28] và trong trường hợp cĩ nhiễu [16]. Trong trường hợp khơng cĩ nhiễu, việc lựa chọn anten phát dựa trên giá trị trung bình SNR. Với trường hợp cĩ nhiễu Blum và Winters [16] chỉ ra rằng hệ thống lợi được 7dB với việc lựa chọn 2 trong 8 anten ở mỗi đầu cuối. Kỹ thuật lựa chọn anten phát cĩ nhược điểm là địi hỏi phải cĩ bộ chuyển mạch lựa chọn anten
và khơng thể tránh được tổn hao [95]. Cho trường hợp lựa chọn 2 từ 8 anten, chuyển mạch trong [95] đã chèn thêm tổn hao bằng 3.15dB. Đối với bên phát, việc chèn tổn hao làm giảm cơng suất bức xạ. Cịn với bên thu tổn hao làm giảm SNR của tín hiệu. Việc giảm chất lượng cĩ thể xử lý bằng cách đặt bộ khuếch đại tạp âm thấp giữa chuyển mạch và các anten thành phần. tuy nhiên điều này sẽ làm tăng đáng kể chi phí cho tồn hệ thống. Lợi ích của kỹ thuật lựa chọn anten phát cĩ thể
khơng lớn với kênh pha-dinh phẳng, nhất là đối với các hệ thống cĩ nhiều sĩng mang như OFDM thì việc tính tốn giá trị trung bình SNR của tất cả các sĩng mang con sẽ khơng mang lại hiệu quả tốt nhất. Cịn để lựa chọn kỹ thuật chuyển mạch anten trên từng sĩng mang con với hệ thống OFDM thì thực sự khĩ do số lượng sĩng mang con rất lớn và lại cĩ tính trực giao rất nhạy cảm với sự thay đổi tần số. Phương pháp tiền mã hĩa khác với kỹ thuật lựa chọn anten phát cĩ thể thấy trong [59], [58]. Kỹ thuật này thực hiện việc nhân tín hiệu trước khi đưa tới anten phát với ma trận F mà vẫn đảm bảo tổng cơng suất phát tín hiệu khơng thay đổi tuy nhiên việc phân bố cơng suất M dịng dữ liệu trên các anten phát là khác nhau tùy thuộc vào điều kiện kênh truyền. Kỹ thuật tiền mã hĩa cịn phụ thuộc vào thời gian cập nhật của kênh truyền ngắn hay dài. (long/short term). Trong trường hợp thơng tin của kênh truyền được cập nhật ngắn (short term), thơng thường áp dụng kỹ thuật mã hĩa chùm tia sĩng trực tiếp (eigenmode beamforming) để cĩ thể truyền năng lượng tối đa trên hướng kênh tương ứng với vector điểm kỳ dị bên phải mạnh nhất của kênh truyền. Trong trường hợp tốc độ cập nhật kênh truyền dài việc nhận biết kênh truyền chỉ thơng qua các giá trị trung bình hay hiệp phương sai của kênh.