Hình 28: So sánh hiệu năng phân tập của V-Blast và D-Blast [1]
Trong họ kiến trúc Blast được sử dụng rộng rãi mà chúng ta cần nhắc đến là kiến trúc V-Blast. V-BLAST được nói đến với kênh truyền MIMO đạt được tốc độ dữ liệu cao. Luồng data được chia thành các luồng data nhỏ hơn độc lập nhau và gửi đi trên các ănten khác nhau. Khi nghiên cứu V-BLAST ta thấy chưa đạt được sự trao đổi phân tập-hợp kênh tối đa tại tốc độ thấp: khả năng phân tập lớn nhất của các luồng dữ liệu bị giới hạn bởi số ănten thu. Tuy nhiên, V-BLAST cũng không phải là tối đa cho kênh truyền tốc độ cao, lí do là: [1] ví dụ cho kênh truyền 2 x 1, cho rằng một trong số các kênh truyền có hệ số là 0 và các kênh còn lại thỏa mãn (0,1). Khi đó phân tập đạt được bởi luồng dữ liệu được gửi trên ănten phát đầu tiên với độ lợi hợp kênh là 0, trái lại toàn bộ kênh truyền vẫn có sự trao đổi phân tập hợp kênh khác 0. Chính vì thế mà V-BLAST không được lợi trên cả hai phương diện là độ lợi phân tập và độ lợi hợp kênh nên kiến trúc này không đạt được sự trao đổi tối ưu cho kênh truyền MIMO.
Kiến trúc D-BLAST đạt được khả năng phân tập tối đa trên kênh MIMO. Luồng data được chia thành các luồng con và truyền trên các kênh độc lập trên phương diện chéo, kiến trúc D-BLAST với bộ thu MMSE-SIC Biến kênh truyền MIMO thành kênh song song tương đương theo phương pháp biến đổi ma trận trị riêng, vì thế các phương pháp mã hóa sử dụng cho kênh truyền song song, như mã hoán vị…, khi sử dụng theo kiến trúc D-BLAST sẽ là mã cho kênh truyền MIMO.
Hình 29. Hiệu năng phân tập của kiến trúc D-BLAST [1]
4.3 Một số vẫn đề của D-Blast .
Đầu tiên chúng ta nói về truyền lỗi. Giải mã ở các tầng sau yêu cầu quá trình giải mã tại các tầng trước là chính xác. Nếu một tầng trước bị giải mã sai lỗi sẽ truyền tới các tầng sau và không dừng lại ở một vài tầng. Do đó cần bảo vệ tầng có nhiễu mạnh với mức mã hóa đầy đủ.
Một cách để ngắt lỗi lan truyền là khởi tạo lại quá trình tách: dừng truyền sau một vài tầng và bắt đầu lại ở các tầng mới, điều này làm tăng quá trình thiết lập ban đầu khi khởi tạo lại.
Vẫn đề thứ 2 là cấu trúc phân tầng sẽ làm tăng độ trễ. Chiều dài mã hóa, sự trải dài của từ mã sẽ làm tăng thời gian trễ dẫn đến tăng độ dài bộ đệm. Tuy nhiên từ mã dài là cần thiết để giảm lỗi lan truyền
Thuật toán V-Blast tỏ ra không hiệu quả với kênh fading chậm, lý do là nó không sử dụng hết khả năng phân tập phát trong không gian nên nếu như đường truyền tương đương nào tồi (deep fading) thì không cứu vãn được. Thuật toán D- Blast khắc phục được nhược điểm này khi cho các dòng dữ liệu phát song song được phát quét ký hiệu trên dãy các ăngten phát lần lượt xen kẽ nhau. Tức là sử dụng thêm phân tập phát
Trong V-Blast mỗi dòng mã mở rộng hàng ngang trong lưới không thời gian và được đặt nằm trên nhau theo chiều thẳng đứng. Còn trong kiến trúc D-Blast mỗi lớp được vạch chéo qua lưới không thời gian. Cải tiến đáng kể của D-Blast so với V-Blast là mã xuyên các ăngten phát. Cách này trung bình hóa sự ngẫu nhiên của các kênh con và làm tốt hơn khi tốc độ gần sát dung năng dừng kênh (outage capacity)
So sánh D-Blast và Alamouti : Sơ đồ Alamouti cũng được coi là kiến trúc phát, nó chuyển MISO fading chậm 2x1 thành SISO fading chậm. Mọi mã cho SISO khi dùng phối hợp với sơ đồ Alamouti sẽ cho mã đối với MISO. So với D- Blast nó xử lý tín hiệu đơn giản hơn và không có vấn đề truyền lỗi hay giảm tốc độ. Song D-Blast lại có thể làm việc với một số tùy ý ăngten phát và thu. (trong khi sơ đồ alamouti không tổng quát cho một số tùy ý các ăngten phát). Thêm nữa sơ đồ Alamouti hoạt động tồi trong kênh MIMO với nhiều ăngten phát và thu. Điều này là vì không như D-Blast, sơ đồ alamouti không sử dụng hết các bậc tự do có sẵn trong kênh.
Sau đây là một số kết quả so sánh thông qua mô phỏng:
Chúng ta thực hiện mô phỏng với 2 tốc độ khác nhau với 2 cỡ chòm sao khác nhau :
+ Tỷ lệ lỗi khối - 1020 bit với khi tốc độ truyền 6 b/s/Hz dùng 64QAM và 256 QAM.
+ Tỷ lệ lỗi khối-1020 bit với tốc độ truyền bít 8 b/s/Hz dùng 256QAM và 1024 QAM
Kết quả được thể hiện như hình dưới.
Hình 30 Tỷ lệ lỗi khối - 1024 bít khi R=6 và R=8b/s sử dụng kiến trúc D-Blast- MMSE cho 2 ăngten thu và 02 ăngten phát.[6]
So sánh với đường giới hạn dừng ta thấy tỷ lệ lỗi khối bít ở 10 -2
thì D- BLAST_MMSE lệch lên tới 4.8db ở cả hai tốc độ, trong khi đó tại xác suất lỗi bít là 10-3 độ lệch là 5db ở tốc độ R=6b/s/Hz và 6db cho R= 8b/s/Hz.
Còn sau đây là so sánh về dung năng kênh trong 2 kỹ thuật D-Blast và V-Blast
KẾT LUẬN
Bản luận án đã đưa ra các thông tin tổng quát về hệ thống Mimo. Kiến trúc D-BLAST đã mang lại khả năng lớn trong việc tăng tốc độ và độ tin cậy cho hệ thống truyền tin không dây. Thuật toán D-Blast là kiến trúc kết hợp thành công với các loại mã song song khác nhau, để đưa đến sự tối ưu trong tốc độ và độ tin cậy. Để thực thi được kiến trúc D-Blast cho hệ thống Mimo là khá phức tạp, đòi hỏi khả năng của bộ xử lý trong các bộ thu phát là rất mạnh, nhưng bù lại hiệu quả của thuật toán sẽ mang đến thành công lớn trong việc cải thiện chất lượng truyền thông, đặc biệt đối với kênh fading chậm, tránh được hiện tượng fading sâu nhờ việc phát luân phiên tín hiệu trên tất cả các ănten, do đó xác suất dừng kênh được cải thiện, ngoài ra nó cũng đạt được sự trao đổi tối ưu khi được dùng kết hợp với các loại mã. D-BLAST cũng cho thấy sự tương quan giữa thực hiện và độ phức tạp của thuật toán. Chúng ta đã nghiên cứu các cấu trúc nhận như là Zeroforcing MMSE, nulling….Chúng ta đưa ra các kết quả của việc mô phỏng hệ thống, so sánh chúng với các thuật toán khác, tìm hiểu các thiếu xót của hệ thống. Trong môi trường fading chậm thuật toán D-blast là sự kết hợp tối ưu. Mimo đã đem lại cho chúng ta lợi ích về tốc độ truyền tin, đưa ra chuẩn cho thế hệ thông tin di động tiếp theo 4G, cho sự kết hợp với LAN tốc độ cao dòng chuẩn 802.11 Hyper LAN/2.
Dự định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ là :
- Sử dụng kết hợp kiến trúc D-blast với mã Turbo code để đưa đến kiến trúc Turbo Blast.
Tài liệu Tham khảo
Tài liệu tiếng việt:
[1] Nguyễn Văn Khoa (2008) “Thuật toán D-Blast cho kênh MIMO fading chậm”
Luận án tốt nghiệp đại học, Trường đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà nội, tr. 32 – 36.
[2] Trịnh Anh Vũ (2008) “ Nghiên cứu kỹ thuật Mimo ứng dụng trong thông tin vô
tuyến thế hệ thứ 4 ” ,tr. 27.
Tài liệu tiếng anh :
[3] Eduardo Zacaras, (Autum 2004) “BLAST Architectures” B.Post Graduate
Course in Radio Communication pp, 45-50.
[4] Georgios B. Giannakis ZhiQiang Liu Xiaolima Shenglizhou (2007). “Space –
Time coding for broad band wireless Communication”.New Jersey Published
[5] Gerard J.Foschini, Fellow, Dmitry Chizhik, Michael J. Gans Fellow, IEEE.
“Analysis and Performance of Some Basic Space–Time Architectures”, pp.30-38.
[6] G. J. Foschini, (Autumn 1996) “Layered space–time architecture for wireless
communication in fading environments when using multiple antennas,” Bell Labs
Tech. J., vol. 1, no. 2, pp. 41–59.
[7] Hamid Jafarkhani. (2005) “Space-Time Coding Theory and Practice”
Cambridge Universtiy Press.
[8] Huan Yao (2003) “Efficient Signal, Code, and Receiver Designs for MIMO
communication Systems”, Cambridge Universtiy Press.
[9] Haykin (2009) ”Sellathurai_Space-Time Layered Information Processing for
Wireless Communications Mathini Sellathurai”, Simon Pub lished by John Wiley
& Sons, Inc., Hoboken, New Jersey Published simultaneously in Canada.
[10] Mohinder Jankiraman (2004) “Space-Time Codes and MIMO Systems” Artech
house universal personal communication series.
[11](Jun. 2005) ”Space Time Processing for MIMO Communications”, Artech
house pp 238-330.
[12] Yavuz Yapici, V-BLAST/MAP: A new symbol detection algorithm for MIMO channels, 2005.
[13] David Tse, University of California, Berkeley, Pramod Viswanath, University of Illinois, Urbana-Champaign; Fundamentals of Wireless Communications; 2004. [14] Một số nguồn tư liệu lấy từ một số trang Web trên internet !