1.8. Tóm tắt chương
Chương 1 đã trình bày các vấn đề cơ bản về thông tin vô tuyến chuyển
tiếp, các phương thức chuyển tiếp và các kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng
thông tin vô tuyến thế hệ mới. Đặc biệt, Chương 1 cũng đã trình bày về kỹ
thuật mã mạng NC, kỹ thuật mã hóa mạng lớp vật lý PNC cho kênh vô tuyến
chuyển tiếp hai chiều. Kết quả phân tích cho thấy mã hóa mạng lớp vật lý
cho kênh TWRC trong trường hợp lý tưởng có thể cải thiện 50%thông lượng mạng so với sơ đồ chuyển tiếp truyền thống. Phần cuối của chương đã trình
bày phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ thống PNC trên kênh
TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP MIMO KẾT HỢP LỰA CHỌN NÚT CHUYỂN TIẾP
2.1. Giới thiệu
Truyền thông không dây hiện đại đang phát triển rất nhanh nhằm đáp ứng
nhu cầu truy cập dữ liệu tốc độ cao của con người. Thập kỷ qua đã chứng
kiến những sự phát triển thành công của các công nghệ điện tử. Sự phát triển
quan trọng nhất có thể khẳng định đó là truyền dẫn nhiều đầu vào nhiều đầu
ra (MIMO) [15]. Các hệ thống truyền dẫn MIMO có thể được thiết kế theo
dạng phân tập phát [6] hoặc ghép kênh phân chia theo không gian (SDM:
Spatial Division Multiplexing) [63]. Mục đích của phân tập phát là đạt được
độ lợi phân tập để giảm tỷ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Rate) và vì vậy tăng
được độ tin cậy liên kết. Mô hình phân tập phát này được biết đến như là mã
khối không gian thời gian (STBC: Space Time Block Code) [6]. Trong khi đó,
các hệ thống MIMO-SDM nhằm đạt được độ lợi ghép kênh để tăng hiệu quả
phổ. Điều này có thể được thực hiện bằng cách truyền các dòng dữ liệu song
song tại máy phát và dùng một bộ tách tín hiệu hiệu quả tại máy thu. Một
ví dụ điển hình của hệ thống MIMO-SDM là hệ thống không gian thời gian
phân lớp theo chiều dọc của Bell Labs (V-BLAST: Vertical Bell Labs Layered
Space Time) [63]. Một hệ thống MIMO tập trung nơi có nhiều ăng-ten được
đặt tại máy phát và máy thu được chỉ ra trong [80] có sự thỏa hiệp giữa độ
lợi phân tập và độ lợi ghép kênh. Điều này dẫn đến hạn chế đối với hệ thống
MIMO tập trung là không thể đạt được đồng thời độ lợi phân tập và độ lợi
ghép kênh đầy đủ. Gần đây, hệ thống truyền thông hợp tác [34], [46], [47] đã
được đề xuất để thay thế hệ thống MIMO tập trung. Các hệ thống truyền
thông hợp tác sử dụng kết hợp đường truyền trực tiếp và chuyển tiếp thông
qua một nút trung gian để tạo nên một hệ thống MIMO phân tán. Các hệ
thống truyền thông hợp tác phù hợp cho các hệ thống không dây trong đó
do giới hạn kích thước ở đầu cuối không cho phép sử dụng nhiều ăng-ten.
Lợi ích của truyền thông hợp tác là mang lại độ lợi phân tập như trong hệ
thống phân tập phát [34], [46], [47]. Các thuật toán lựa chọn nút trung gian
đã được đề xuất trong trường hợp truyền thông hợp tác đơn ăng-ten được đề
xuất [2], [8], [12], [79].
Để đạt được đồng thời cả độ lợi phân tập và độ lợi ghép kênh thì khái
niệm về truyền thông hợp tác MIMO-SDM đã được đề xuất trong các công
trình nghiên cứu gần đây [38], [50], [51]. Trong các công trình này, các tác giả
đã đề xuất 3 thuật toán lựa chọn nút phân tán và một thuật toán kết hợp tuyến tính dựa trên tiêu chuẩn MMSE cho phép đạt được độ lợi phân tập và
độ lợi ghép kênh đầy đủ đồng thời nhờ sự hỗ trợ của nút chuyển tiếp. Trong
3thuật toán lựa chọn nút được đề xuất, tức là, dựa trên chuẩn ma trận kênh cực đại, trung bình hài hòa kênh cực đại và sai số bình phương trung bình
(MSE: Mean Square Error) nhỏ nhất, thuật toán dựa trên MSE đã được chỉ
ra có thể đạt được phẩm chất BER tốt nhất [51]. Trong luận án này, dựa trên
các ý tưởng của [23] đối với trường hợp MIMO-SDM, chúng tôi đề xuất hai
thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp mới theo tiêu chuẩn tỉ số công suất tín
Hai thuật toán đề xuất này cho phẩm chất BER tốt hơn thuật toán dựa trên
MSE trong khi có cùng bậc phức tạp.
2.2. Mô hình truyền thông chuyển tiếp MIMO-SDM
sr H R N1 N2 rd H
Hình 2.1:Mô hình truyền thông chuyển tiếp MIMO-SDM.
Hình 2.1 minh họa mô hình vô tuyến chuyển tiếp MIMO-SDM. Một hệ
thống mạng bao gồm một nút nguồnN1 và một nút đích N2 liên lạc với nhau với sự giúp đỡ của nút trung gianRthông qua đường chuyển tiếp. Tất cả các nút được trang bị hai ăng-ten và thực hiện ghép kênh phân chia theo không
gian SDM. Mô hình chuyển tiếp trong trường hợp này là kênh chuyển tiếp
một chiều, tức là nút nguồnN1 truyền dữ liệu tới nút trung gian R, nút trung gian R xử lý tín hiệu thu được từ nút nguồn N1 sau đó phát tới nút đích N2. Trường hợp nút đích N2 có dữ liệu cần truyền cho nút nguồn N1, nút đích
N2 sẽ phát dữ liệu tới nút trung gian R, nút trung gian Rxử lý tín hiệu thu được của nút đích N2 sau đó phát tới nút nguồn N1.
Trường hợp tồn tại đường liên lạc trực tiếp từ nút nguồn N1 tới nút đích
N2, nút đích N2 sẽ thực hiện kết hợp tín hiệu trên cả hai đường trực tiếp từ nút nguồn N1 tới nút đích N2 và đường chuyển tiếp qua nút chuyển tiếp R. Mô hình truyền thông trong trường hợp này được gọi là truyền thông hợp
biệt của truyền thông hợp tác khi không tồn tại đường trực tiếp. Các thuật
toán đề xuất cho truyền thông hợp tác hoàn toàn có thể áp dụng cho trường
hợp truyền thông chuyển tiếp nếu loại bỏ thành phần tín hiệu trên đường
trực tiếp. Kỹ thuật xử lý tín hiệu trong trường hợp truyền thông chuyển tiếp,
vì vậy, sẽ đơn giản hơn so với truyền thông hợp tác. Trong phần tiếp theo
luận án sẽ trình bày ý tưởng lựa chọn nút cho truyền thông hợp tác. Trên cơ
sở các thuật toán đề xuất cho truyền thông hợp tác luận án sẽ phát triển cho
trường hợp lựa chọn nút cho kênh TWRC ở chương tiếp theo.
2.3. Mô hình truyền thông hợp tác MIMO-SDM
Luận án xem xét một mạng truyền thông hợp tác MIMO-SDM tương tự
[38], [50], [51] như minh họa trong Hình 2.2. Một hệ thống mạng bao gồm
một nút nguồn N1 và một nút đích N2 liên lạc với nhau nhờ sự giúp đỡ của một nút trung gian Rk thông qua đường chuyển tiếp. Để không mất tính tổng quát, luận án giả thiết rằng tất cả các nút (bao gồm nút nguồn, nút đích và
nút trung gian) đều được trang bị với N = 2 ăng-ten. Có K nút trung gian k = 1,2, ..., K giữa nút nguồn và nút đích. Dựa trên giao thức lựa chọn nút chuyển tiếp phân tán đã đề xuất ở [8], [51] các nút trung gian k sẽ hợp tác
với nhau để lựa chọn nút tốt nhất làm nút chuyển tiếp (ký hiệu bởi chỉ số κ). Các kênh truyền giữa các nút được giả thiết là kênh pha-đinh Rayleigh
phẳng không tương quan và không thay đổi trong thời gian truyền dẫn. Ký
hiệu Hsd, Hsk, Hkd là các ma trận kênh giữa nút nguồn và nút đích, nút
nguồn và nút trung gian k, và nút trung gian k với nút đích. Kênh truyền
Hab = hab11 hab12 hab 21 hab 22 , (2.1) ở đây hab
ij là kênh thành phần giữa ăng-ten thứ i của nút b đến ăng-ten thứ j của nút a. s1 H R1 N1 N2 1d H RK sd H sK H HKd