1.3. Bối cảnh nghiên cứu
1.3.2. Các nghiên cứu liên quan đến kỹ thuật PNC kết hợp MIMO
Phương pháp truyền dẫn MIMO cho phép hệ thống nhận được tăng ích phân tập hoặc tăng ích ghép kênh nhờ sử dụng nhiều ăng-ten tại máy phát, máy thu [38, 49, 55, 57]. Để đạt được bậc phân tập phát mà máy phát không cần biết trước CSI, Alamouti đã đề xuất mã khối không gian thời gian [3]. Trong mạng chuyển tiếp hai chiều, mã STBC của Alamouti được khai thác cả trong pha MA và pha BC [12, 22, 52, 58, 59]. Tuy nhiên, trong pha MA, do nhiễu lẫn nhau giữa các tín hiệu tại nút chuyển tiếp nên việc xử lý trong pha
này còn khá phức tạp. Trong [59], các tác giả chỉ đề xuất sử dụng Alamouti cho pha BC. Do đó, phẩm chất đạt được cịn thấp trong pha MA. Để cải thiện phẩm chất cho cả pha MA và BC, các tác giả trong [22] đã đề xuất một mơ hình mạng chuyển tiếp hai chiều, trong đó tất cả các nút được trang bị 2 ăng-ten để phát mã Alamouti. Tại nút chuyển tiếp, nhờ áp dụng phương pháp xử lý thích hợp đã phân tách thành hai hệ thống Alamouti2×1. Do đó, bậc phân tập của hệ thống này đạt được bằng 2 với độ phức tạp xử lý tính tốn tại nút chuyển tiếp tương đối thấp. Tuy nhiên, phẩm chất SER đạt được của đề xuất này cịn thấp, vì vậy để cải thiện phẩm chất hơn nữa, các tác giả trong [22] đã đề xuất phương pháp tạo búp sóng tại tất cả các nút. Tuy nhiên, với phương pháp tạo búp sóng địi hỏi máy phát cần biết trước CSI nên hệ thống có độ phức tạp cao. Các cơng trình [52] cũng đã kết hợp giữa STBC của Alamouti với PNC ánh xạ tuyến tính nhằm cải thiện phẩm chất hệ thống. Để cải thiện hơn nữa phẩm chất SER của hệ thống trong điều kiện truyền thông hợp tác, trong [52] tiếp tục đề xuất phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp MSE dựa trên cực tiểu lỗi. Tuy nhiên, phương pháp ước lượng trong [52] có độ phức tạp cao, sẽ khó khăn nếu triển khai trong thực tế. Hơn nữa phương pháp đề xuất này sẽ kém hiệu quả khi sử dụng tín hiệu điều chế phức. Để giảm độ phức tạp tại nút chuyển tiếp, cơng trình [12] đã đề xuất sử dụng tiền mã hóa tại các nút đầu cuối. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu máy phát biết trước CSI.
Nhìn chung sự kết hợp giữa kỹ thuật PNC với STBC của Alamouti chỉ đạt được tăng ích phân tập phát nhưng khơng đạt được tăng ích ghép kênh. Để cải thiện tăng ích ghép kênh, các nghiên cứu kết hợp giữa PNC với SDM cũng nhận được nhiều sự quan tâm [15, 16, 55]. Tuy nhiên, nhược điểm của
hệ thống MIMO-SDM là sử dụng đồng thời nhiều bộ cao tần phát. Do đó, khó khăn trong việc đồng bộ giữa các ăng-ten và gây xuyên nhiễu lẫn nhau tại máy thu. Hậu quả làm tăng chi phí và độ phức tạp xử lý của hệ thống.
1.3.3. Các nghiên cứu liên quan đến kỹ thuật PNC kết hợp SM
Điều chế không gian [32] được xem là giải pháp hiệu quả cho hệ thống MIMO nhờ khả năng khai thác chỉ số ăng-ten để truyền dẫn bổ sung thông tin. Hệ thống SM chỉ cần trang bị một bộ cao tần phát cho tất cả các ăng-ten. Do đó, khắc phục được hầu hết các nhược điểm của hệ thống MIMO [47]. So sánh với hệ thống SIMO có cùng tốc độ truyền dẫn, hệ thống SM có độ tin cậy tốt hơn [32, 47].
Để nâng cao hiệu quả phổ, phương pháp SM đã được đề xuất cho chuyển tiếp hai chiều [62], hoặc đề xuất kết hợp giữa SM với PNC [8, 21, 54, 70]. Trong [54] đề xuất hai mơ hình, trong đó mơ hình thứ nhất chỉ sử dụng SM tại nút chuyển tiếp trong pha BC. Mơ hình thứ hai sử dụng SM tại các nút nguồn trong pha MA nhưng sử dụng mã STBC trong pha BC. Mặc dù phương pháp mã hóa mạng thích nghi trong [54] đạt phẩm chất cao so với phương pháp mã hóa mạng truyền thống XOR. Tuy nhiên, hạn chế của đề xuất là độ phức tạp cao do sử dụng ước lượng ML. Ngồi ra, đề xuất này khơng thể mở rộng tổng quát được cho trường hợp có nhiều ăng-ten tại các nút. Tổng quát hơn đề xuất này, trong [62] đề xuất mơ hình sử dụng nhiều ăng-ten tại nút chuyển tiếp và áp dụng điều chế không gian trong pha BC. Để cải thiện phẩm chất trong pha này, SM kết hợp STBC cũng được [62] nghiên cứu. Phương pháp ước lượng có độ phức tạp thấp cũng được đề xuất trong cơng trình này nhằm giảm thời gian xử lý và tiêu thụ năng lượng tại các nút.
Tuy nhiên nhìn chung, các mơ hình đa ăng-ten tại nút chuyển tiếp đề xuất trong [54, 62] chỉ đạt hiệu quả thông lượng cao trong pha BC mà không đạt thông lượng cao trong pha MA. Để cải thiện hiệu quả thông lượng cho cả hai pha, trong [4, 8, 21, 62, 70] đề xuất mơ hình sử dụng đa ăng-ten tại tất cả các nút và áp dụng SM trong cả pha MA và BC. Để đạt phẩm chất BER cao, phương pháp ước lượng ML được sử dụng tại nút chuyển tiếp [21, 62], đồng thời mã kênh cũng được thêm vào [8]. Tuy nhiên, do [21, 62] sử dụng phương pháp ước lượng ML nên độ phức tạp xử lý tại nút chuyển tiếp cao, dẫn đến giảm hiệu quả truyền dẫn. Phương pháp SM kết hợp tiền mã hóa tại các nút đầu cuối trong [70] cho phép giảm độ phức tạp khi ước lượng tại nút chuyển tiếp nhưng làm tăng độ phức tạp tại các nút nguồn. Nguyên nhân do sử dụng tiền mã hóa nên yêu cầu máy phát phải biết trước CSI, đồng thời cấu trúc và xử lý của các nút đầu cuối trở nên phức tạp do có thêm bộ tiền mã hóa.
Phương pháp điều chế khơng gian cầu phương (QSM: Quadrature Spatial Modulation) được đề xuất trong [4] giúp cải thiện đáng kể hiệu quả phẩm chất BER so với các hệ thống khơng sử dụng SM mà có cùng tốc độ truyền dẫn. Tuy nhiên, QSM địi hỏi phải có ít nhất hai bộ cao tần phát nên dễ gây nhiễu lẫn nhau, đồng thời làm tăng chi phí và yêu cầu đồng bộ giữa chúng. Ngoài ra, phương pháp ước lượng sử dụng trong [4] có độ phức tạp cao tại nút chuyển tiếp do sử dụng ước lượng ML.
Phương pháp điều chế không gian tổng quát (GSM: Generalized Spatial Modulation) trong [31] cho hệ thống điểm – điển có thể xem tương đương như hệ thống SM phân tán hai chiều. Trong đó, hai nút đầu cuối sử dụng SM để phát đồng thời đến một nút chuyển tiếp. Khi bậc điều chế thấp, phương pháp ước lượng trong [31] có độ phức tạp thấp hơn nhiều so với phương pháp
ước lượng ML. Tuy nhiên khi bậc điều chế cao, độ phức tạp tính tốn của phương pháp này tăng cao xấp xỉ với phương pháp ML.