2.2. Kết hợp mã hóa mạng lớp vật lý ánh xạ phi tuyến với chuyển tiếp
2.2.5. Đánh giá phẩm chất
a. Phẩm chất SER
Để đánh giá phẩm chất SER của đề xuất STBC-CQ-PNC so với các cơng trình trước đó, Luận án sử dụng mơ phỏng Monte-Carlo với các giả thiết: các tín hiệu phát sử dụng điều chế 4-QAM, kênh truyền pha-đinh Rayleigh phẳng, biến đổi chậm và CSI được biết hoàn hảo tại máy thu.
Hình 2.7 là kết quả so sánh phẩm chất SER của phương pháp đề xuất so với các cấu hình liên quan đến chuyển tiếp hai chiều sử dụng MIMO-STBC, bao gồm mã hóa mạng dựa trên phân rã QR truyền thống (Soft QR-NC), MIMO- STBC-PNC trong [52] và cấu hình chuyển tiếp hai chiều sử dụng Alamouti trong [22]. Kết quả cho thấy, cả hai cấu hình đề xuất STBC-CQ-PNC và STBC-CQ-PNC thích nghi đều hiệu quả hơn so với các đề xuất trước đó. Cụ thể, tại SER=10−3, cấu hình đề xuất STBC-CQ-PNC thích nghi nhận được tăng ích SNR khoảng 5,7 dB so với cấu hình trong [22] và có tăng ích SNR khoảng 3,8dB so với soft QR-NC. So với MIMO-STBC-PNC trong [52], cấu hình đề xuất STBC-CQ-PNC và STBC-CQ-PNC thích nghi có tăng ích SNR lần lượt khoảng 3,5 và 5,0 dB. Tuy nhiên, trả giá của cấu hình STBC-CQ-
0 5 10 15 20 25 30 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 SNR [dB] SER Đề xuất STBC−CQ−PNC Đề xuất STBC−CQ−PNC thích nghi Sơ đồ I [22] MIMO−STBC−PNC [52] Soft QR−NC
Hình 2.7: So sánh phẩm chất SER của các đề xuất STBC-CQ-PNC so với các cấu hình liên quan đến chuyển tiếp hai chiều MIMO-STBC.
PNC đề xuất so với các cấu hình trong [22,52] và soft QR-NC là phải sử dụng ánh xạ phi tuyến dẫn đến chịm sao biến đổi trong q trình truyền dẫn.
Hình 2.8 so sánh phẩm chất của các đề xuất STBC-CQ-PNC so với CQ- PNC trong [67]. Cụ thể, tại SER = 10−3, cấu hình STBC-CQ-PNC nhận được tăng ích SNR so với Simple CQ-PNC và Adaptive CQ-PNC trong [67] lần lượt khoảng 3,0 dB và 2,5 dB. Trong khi đó, cấu hình STBC-CQ-PNC thích nghi nhận được tăng ích SNR so với STBC-CQ-PNC thơng thường là 1,0 dB. SNR nhận được càng lớn khi so sánh tại SER thấp. Tuy nhiên, trả giá của cấu hình STBC-CQ-PNC đề xuất so với cấu hình trong [67] là phải sử dụng nhiều ăng ten nên cần yêu cầu đồng bộ giữa chúng và việc xử lý tại máy thu của nút chuyển tiếp cũng phức tạp hơn.
Hình 2.9, 2.10 thể hiện kết quả phẩm chất SER của phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp đề xuất dựa trên cực tiểu công suất nhiễu dư. Có thể thấy
0 5 10 15 20 25 30 35 40 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 SNR [dB] SER Đề xuất STBC−CQ−PNC Đề xuất STBC−CQ−PNC thích nghi Simple CQ−PNC [67] Adaptive CQ−PNC [67]
Hình 2.8: So sánh phầm chất SER của các phương pháp đề xuất STBC-CQ-PNC so với CQ-PNC trong [67]. −10 −5 0 5 10 15 20 25 30 10−7 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 SNR [dB] SER D=1 Đề xuất D=2, lựa chọn 1 Đề xuất D=3, lựa chọn 1 MSE D=2, lựa chọn 1 [52] MSE D=3, lựa chọn 1 [52]
Hình 2.9: Phẩm chất SER của cấu hình đề xuất STBC-CQ-PNC với lựa chọn nút chuyển tiếp.
−10 −5 0 5 10 15 20 25 30 10−7 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 100 SNR [dB] SER D=1 Đề xuất D=2, lựa chọn 1 Đề xuất D=3, lựa chọn 1 MSE D=2, lựa chọn 1 [52] MSE D=3, lựa chọn 1 [52]
Hình 2.10: Phẩm chất SER của cấu hình đề xuất STBC-CQ-PNC thích nghi với lựa chọn nút chuyển tiếp.
rằng, phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp đề xuất cải thiện đáng kể phẩm chất SER khi số lượng nút chuyển tiếp tăng. Mặt khác, nếu áp dụng phương pháp lựa chọn nút dựa trên cực tiểu lỗi MSE đề xuất trong [52], phương pháp đề xuất có phẩm chất SER tốt hơn. Cụ thể, tại SER= 10−4, phương pháp đề xuất nhận được tăng ích SNR khoảng 5 dB. SNR nhận được càng lớn khi so sánh tại sỉ số SER thấp.
b. So sánh độ phức tạp tính tốn
Độ phức tạp tính tốn tại nút chuyển tiếp của cấu hình đề xuất STBC- CQ-PNC và các cấu hình liên quan được thống kê trong Bảng 2.6. So với cấu hình MIMO-STBC-PNC trong [52], cấu hình đề xuất giảm đáng kể số lượng phép tính. Trong khi đó, cấu hình đề xuất có số lượng phép tính tương đương với phương pháp trong [22] và soft QR-NC. Tuy nhiên, phương pháp đề xuất có độ phức tạp tính tốn tăng hơn so với cấu hình CQ-PNC trong [67].
Bảng 2.6: So sánh độ phức tạp tính tốn của các cấu hình khác nhau STBC-CQ-PNC Cấu hình I [22] STBC-PNC [52] Soft QR-NC CQ-PNC [67]
806 [flop] 602 [flop] 2116 [flop] 768 [flop] 209 [flop]
2.3. Kết luận chương
Trong chương này, trước hết Luận án đề xuất kỹ thuật mã hóa mạng lớp vật lý sử dụng ánh xạ phi tuyến để đạt phẩm chất cao cho hệ thống chuyển tiếp hai chiều đơn ăng ten, sau đó đề xuất kết hợp mã hóa mạng lớp vật lý ánh xạ phi tuyến với phát mã STBC cho hệ thống chuyển tiếp hai chiều MIMO nhằm tận dụng hiệu quả của phương pháp mã hóa mạng phi tuyến và tăng ích phân tập phát của mã STBC. Ngoài ra, dựa trên giải pháp lựa chọn nút chuyển tiếp có thành phần cơng suất nhiễu dư nhỏ nhất, Luận án đề xuất phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp cho phép cải thiện hiệu quả phẩm chất SER đáng kể trong điều kiện truyền thông hai chiều hợp tác.
Nhận xét về kỹ thuật PNC ánh xạ phi tuyến: kỹ thuật này cho phép hệ thống đạt phẩm chất SER tốt hơn so với PNC ánh xạ tuyến tính, ví dụ trong Hình 2.4, tại SER= 10−3, hệ thống EML-PNC sử dụng PNC ánh xạ phi tuyến hiệu quả hơn khoảng 2 dB so với ML-PNC sử dụng PNC ánh xạ tuyến tính. Tuy nhiên trả giá là PNC ánh xạ phi tuyến có độ phức tạp cao hơn, ví dụ trong Bảng 2.6, hệ thống STBC-CQ-PNC sử dụng PNC ánh xạ phi tuyến có độ phức tạp cao hơn khoảng 204 [flop] so với Cấu hình I trong [22] sử dụng PNC ánh xạ tuyến tính. Mặt khác, PNC sử dụng ánh xạ phi tuyến có hạn chế đó là từ mã sR chứa cả tín hiệu và CSI nên chỉ phù hợp cho kênh chuyển tiếp hai chiều thuận nghịch. Ngồi ra, chịm sao của từ mã sR bị thay đổi làm phức tạp cấu trúc giải mã cũng như ước lượng tại các nút đầu cuối.
MÃ HĨA MẠNG LỚP VẬT LÝ ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH CHO MẠNG CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU
Nhằm giải quyết những hạn chế của mã hóa mạng sử dụng ánh xạ phi tuyến, Luận án tiếp tục phát triển phương pháp lượng tử hóa kênh trong [67] kết hợp ước lượng SIC cải tiến, từ đó đề xuất kỹ thuật mã hóa mạng sử dụng ánh xạ tuyến tính, cho phép khắc phục sự biến đổi phi tuyến của chịm sao tín hiệu. Hơn nữa, phương pháp đề xuất tạo ra từ mã không phụ thuộc vào thông tin trạng thái kênh truyền nên phù hợp cho cả hệ thống hoạt động trong điều kiện kênh chuyển tiếp hai chiều thuận nghịch và kênh không thuận nghich. Đây là kênh vô tuyến sát với điều kiện thực tế hơn. Kết quả nghiên cứu này đã được cơng bố trong cơng trình số 3.