3.2. Mã hóa mạng lớp vật lý kết hợp giữa lượng tử hóa kênh và ước lượng
3.2.2. QSIC-PNC cho nút chuyển tiếp đa ăng-ten
Phần này xem xét hệ thống có nhiều ăng-ten K ≥ 2 tại nút chuyển tiếp. Trong pha MA, tín hiệu nhận được tại nút chuyển tiếp được biểu diễn như phương trình (3.2). Ma trận kênh tương đương H trong phương trình (3.2) có thể được phân rã theo phương pháp QR như sau:
trong đó, QK×K là ma trận đơn nhất thỏa mãn điều kiện QQH = I; R0 = R2×2
0(K−2)×2
là ma trận tam giác trên.
Nhân hai vế phương trình (3.2) với QH nhận được:
QHy = R2×2 0(K−2)×2 x+QHn = w2×1 O(K−2)×1 (3.19) Đặtu = [u1 u2, .., uk]T = QHn. Do thành phần O(K−2)×1 chỉ chứa tạp âm trong khi tồn bộ tín hiệu x chứa trong w2×1. Vì vậy khai triển biểu thức w2×1 trong phương trình (3.19) tương tự [67] nhận được:
w1 = r1,1x1+r1,2x2+ u1, w2 = r2,2x2+u2,
(3.20)
a. Lượng tử hóa kênh
Chia cả hai vế biểu thức w1 trong phương trình (3.20) chor1,1 nhận được: w1a =∆ w1 r1,1 = x1+Lx2+lx2+ u1 r1,1 (3.21) trong đó, L = round r1,2 r1,1 , l = r1,2 r1,1 −L. (3.22)
Khơng mất tính tổng qt, giả sử L ∈ {0,±1,±j,±1±j}. Trường hợp ngược lại cần hoán đổi hai cột của ma trận kênh H, sau đó thực hiện phân
rã lại ma trận kênh này. Bảng 3.4 dưới đây là thuật tốn thích nghi nhằm xác định các tham số trong trường hợp K ≥ 2. Các tham số bao gồm: mức lượng tử L, sai số lượng tử l, giá trị của các điểm AL≥0¯ , tổng số điểm c¯L≥0,
w2×1 vàR2×2. Các tham số này sau đó được sử dụng cho q trình ước lượng và mã hóa để tạo thành từ mã sR như trình bày dưới đây.
Bảng 3.4:Thuật tốn thích nghi xác định các tham số sử dụng cho ước lượng khi
K ≥2
Bước Thực hiện
1: Bắt đầu: nhậpy, H
2: Phân rã ma trậnHbằng phương pháp QR:[Q1,R1] = qr(H)
3: Hoán đổi hai cột của ma trậnHđể nhận được ma trậnH0: [Q2,R2] = qr(H0) 4: Tính các mức lượng tử:L1 = round(r11,2/r1,11 ), L2= round(r1,22 /r21,1)
5: Tính các lỗi lượng tử:l1=r11,2/r1,11 −L1, l2 =r21,2/r1,12 −L2 6: Nếu|Lu| ≤√2, (u= 1,2)thì 7: Lựa chọn:u←min{|l1|,|l2|} 8: Thiết lập:L←Lu, l←lu, R←Ru 9: Tính tốnw2×1 trong phương trình (3.19): QHuy 10: Ngược lại 11: Lựa chọn:u← |Lu| ≤√2
12: Thiết lập:L←Lu, l←lu, R←Ru
13: Tính tốnw2×1 trong phương trình (3.19): QHuy
14: Kết thúc kiểm tra điều kiện.
15: Đọc từ bộ nhớ của máy thu tại địa chỉ ¯
L=|Lr|+j|Li|.
Nhận các giá trịAL≥0¯ ← Memory(AL≥0¯ ) vàcL≥0¯ ← Memory(c¯L≥0) từ bộ nhớ. 16: Các tham số đầu ra:L, l, AL≥0¯ ,cL≥0¯ , w2×1, R2×2.
b. Ước lượng dựa vào triệt nhiễu SIC
•Bước 1: Ước lượng mềm thành phầnx2có trong biểu thức w2 của phương trình (3.19).
Với tín hiệu 4-QAM, ước lượng mềm được thực hiện riêng biệt cho phần thực và phần ảo là [67]: _ x2 = E{x2|w2} = tanhr2,2w2 σ2 (3.23) Trường hợp điều chế bậc cao (M > 4), ước lượng mềm đơn giản được thực hiện riêng biệt cho phần thực và phần ảo là [20]:
_ x2r = signw2rr2,2(√ M −1) khi w2r r2,2 > (√ M −1) w2r r2,2 khi w2r r2,2 ≤ (√ M −1) (3.24)
• Bước 2: Loại bỏ thành phần nhiễu lx2 có trong phương trình (3.21): Theo phương pháp VBLAST và Sorted VBLAST trong [65], trước khi ước lượng x1 trong phương trình (3.21), thành phần _x2 ước lượng được từ biểu thức w2 sẽ được sử dụng để loại bỏ tồn bộ thành phần (L+ l)x2 có trong biểu thứcw1a. Nếu ước lượng _x2 chính xác sẽ khơng ảnh hưởng đến ước lượng x1. Ngược lại, làm ảnh hưởng lớn đến kết quả ước lượng x1. Ảnh hưởng này càng lớn khi |L +l|2 có giá trị lớn. Dựa theo cách tiếp cận trong [67], thay vì loại bỏ tồn bộ (L+ l)x2, ta chỉ loại bỏ một phần dư của tín hiệu x2, đó là thành phần lx2 như sau:
w1b =∆ x1 +Lx2+ l(x2−x_2) + u1
r1,1. (3.25)
• Bước 3: Ước lượng thành phần tín hiệu (x1 + Lx2). Tương tự phương trình (3.7), hàm quyết định (x1 +Lx2) sẽ là:
(x1+ Lx2) = ˆQ(w1b). (3.26)
• Bước 4: Kết hợp và ước lượng sơ bộ thành phần x2. Do trong biểu thức w1a của phương trình (3.21) và w2 của phương trình (3.20) đều chứa thành phần x2. Vì vậy, sau khi loại bỏ thành phần (x1 + Lx2) có trong phương trình (3.21), ta có thể sử dụng kết hợp tỷ số cực đại MRC giữa hai thành phần này lại với nhau để nhận được ước lượng x2 tốt hơn.
x2,MRC =∆ l
∗(w1a −(x1+Lx2)) +r2,2∗ w2
|l|2 +|r2,2|2 . (3.27) Quyết định của tín hiệu _x2l sẽ là:
_
x2l = Q(x2M RC). (3.28)
• Bước 5: Quyết định cho tín hiệu x1. Thành phần_x2l ước lượng ở trên sẽ được sử dụng để loại bỏ tồn bộ thành phần x2 có trong biểu thức w1a:
ˆ
x1 = Q w1a −(L +l)_x2l
. (3.29)
• Bước 6: Quyết định cho tín hiệu x2. Sau khi loại bỏ thành phần x1, thực hiện kết hợp MRC một lần nữa cho tồn bộ thành phần x2 có trong biểu thức w1 và w2: ˆ x2 = Q r ∗ 1,2(w1 −r1,1xˆ1) +r2,2∗ w2 |r1,2|2 +|r2,2|2 ! . (3.30) c. Mã hóa mạng
Phương pháp kết hợp các tín hiệu tạo thành từ mã xR trong trường hợp nút chuyển tiếp đa ăng-ten cũng tương tự như trường hợp đơn ăng ten được biểu diễn trong phương trình (3.11).
Trong pha BC, bản tin sau khi mã hóa thành từ mã xR sẽ được phát quảng bá cho các nút đầu cuối. Do hoạt động thu/phát trong pha BC tương đương như hệ thống điểm-điểm. Vì vậy, nút chuyển tiếp có thể thực hiện bằng cách: sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (OSTBC: Orthogonal Space-Time Block Code) [3], hoặc mã khối không gian thời gian cận trực giao (QOSTBC: Quasi-Orthogonal Space-Time Block Code) [19] để nhận được tăng ích phân tập phát. Sử dụng ghép kênh khơng gian để đạt được tăng ích ghép kênh [37], hoặc sử dụng điều chế không gian để cải thiện hiệu quả phổ [32]. Đơn giản hơn, có thể sử dụng một ăng-ten bất kỳ để phát bản tin xR như trường hợp K = 1. Trong trường hợp kênh truyền thuận nghịch, có thể sử dụng phương pháp lựa chọn ăng-ten max-min hoặc phương pháp tạo búp sóng phát như trong [10] để đạt phẩm chất tốt hơn. Sau khi nhận được bản tin xR, các nút đầu cuối thực hiện giải mã để nhận thơng tin của nút đối tác như đã trình bày trong trường hợp K = 1.
3.3. Phân tích ảnh hưởng của thành phần nhiễu lx2 đến quyếtđịnh tín hiệu (x1 +Lx2)