Sơ đồ mô phỏng hệ thống MIMO kích thước lớn với mã trước đường xuống như sau:
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng
Dữ liệu sau khi mã chập sẽ được ánh xạ chòm sao sau đó được mã trước đường xuống dựa vào việc ước lượng kênh khi nhận được plot từ các máy di động gửi lên. Trong mô phỏng sau ta giả thiết lượng kênh H là hoàn hảo. Tín hiệu sau khi mã trước sẽ gửi xuống các máy động lại đi qua kênh truyền và cộng với tạp âm. Chúng ta sẽ so sánh tín hiệu đầu vào và tín hiệu quyết địnhnhận được ở máy di. Từ đó đưa ra được tỉ lệ lỗi.
Chương trình sẽ mô phỏng 2 loại mã trước trong cùng một hệ thống là mã ZF (nhân với ma trận giả đảo) và MF (nhân với ma trận chuyển vị liên hợp) và so sánh chúng khi tỷ số M/K tăng lên và khi M, K tăng lên mà tỷ số không đổi.
42
3.2 Chƣơng trình mô phỏng
3.2.1 Các tham số hệ thống Mã chập:
TxRx.Code.K = 7; % Constraint Length
TxRx.Code.generators = [133 171]; % Generator Polynomial
TxRx.Code.Rate = 1/2; % code rates '1/2','3/4','2/3','5/6'
Ánh xạ chòm sao
TxRx.Modulation_order = 4; % Modulation scheme: BPSK (1), QPSK (2), 16- QAM (4), 64-QAM (6)
Lựa chọn mã trước
TxRx.Shaping = 'LS'; TxRx.Shaping = 'MF';
Mimo và ofdmtheo 802.11n
TxRx.Nrx = 8; % Number of receivers (terminals)
TxRx.Ntx = 64; % Number of transmit antennas (at basestation)
TxRx.N = 128; % Nr. of subcarriers
TxRx.ToneMap=[-58:-54,-52:-26,-24:-12,-10:2,2:10,12:24,26:52, 54:58] +63+1;
% 40MHz IEEE 802.11n
Mô hình kênh
TxRx.Channel.Model = 'Tap'; % 'Tap' (uniform profile)
TxRx.Channel.Ntaps = 4;
Vòng lặp mô phỏng
TxRx.Sim.nr_of_packets = 200; % Number of packets
TxRx.Sim.nr_of_symbols = 1; % Number of OFDM symbols per packet
43
3.3 Kết quả mô phỏng:
Với các số anten phát M và anten thu K thay đổi: H=KxM
Hình 3.2 Hệ thống 4x16
44
Hình 3.4 Hệ thống 4x32
45 Nhận xét:
Trong các trường hợp ước lượng kênh được coi là chính xác lý tưởng. Mã trước được thực hiện theo 2 phương án: Nhân với giả đảo (ZF) và nhân với ma trận chuyrn vị liên hợp (MF), sau đó tín hiệu lại truyền qua kênh và cộng thêm với tạp âm và được quyết định tại máy di động. BER được tính là tỷ lệ lỗi trên tất cả các máy di động. Kết quả mô phỏng cho ta nhận xét:
- Mã trước ZF cho kết quả tốt hơn, song thuật toán tính phức tạp - Mã trước MF cho kết quả tồi hơn song thuật toán đơn giản
- Với K=4 cố địnhvà M thay đổi từ 16,24,32 (hình…), tức là tỷ số M/K tăng dần. Đường BER của ZF và MF đồng thời được cải thiện và càng gần nhau hơn. Điều này phù hợp với kết quả lý thuyết là khi M/K tiến đến vô cùng, tạp âm nhiệt dần bị loại bỏ do bị trung bình hóa và ma trận giả nghịch đảo tiến tới ma trận chuyển vị liên hợp (công thức ). Tức là hệ MIMO kích thước lớn có thể dùng kỹ thuật MF thay thế cho ZF và với sự đơn giản về phép tính và kết quả càng tốt hơn
- Khi cả M và K tăng song tỷ số M/K không đổi, ta thấy hiệu quả lỗi của cả 2 kiểu mã trước hầu như không thay đổi (hình 4/32 và hình 8/84). Điều này cho thấy trong hệ MIMO kích thước lớn: tăng M lên rất lớn cũng cho phép phục vụ được nhiều hơn số người dùng K với cùng tỷ lệ lỗi
Những công trình nghiên cứu tiếp theo cho thấy số người dùng K chỉ bị hạn chế bởi thời gian kết hợp (coherent time) và ô nhiêm phi lot từ các cell lân cận, sẽ được học viên tìm hiểu trong tương lai.
46
Kết luận
MIMO kích thước lớn là một đề tài khoa học lớn nghiên cứu rất nhiều các vấn đề và kỹ thuật mới. Nó đòi hỏi sự nỗ lực nghiên cứu từ nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Luận văn này chỉ diễn tả được một khía cạnh nhỏ trong các vấn đề của MIMO kích thước lớn đó là vấn đề mã trước trong một cell đơn khi trạm cơ sở dùng rất nhiều anten và máy di động chỉ dùng 1 anten đơn. Trong các kỹ thuật của MIMO kích thước lớn thì kỹ thuật mã trước đường xuống là một trong những kỹ thuật rất quan trọng, nó quyết định đến độ chính xác của sự truyền tin. Bài luận văn đưa ra cái nhìn tổng quan về hệ thống MIMO kích thước lớn đồng thời đưa ra các phương pháp tách sóng, các thuật toán tối ưu nhằm thu được tín hiệu tốt nhất trong kỹ thuật mã trước đường xuống. Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng quá trình truyền tin, đưa ra được tỉ lệ SNR, lỗi BER và từ đó lựa chọn phương pháp truyền tin hiệu quả. Nhà khoa học Thomas L. Maretta đã nói rằng :“MIMO kích thước lớn là mỏ vàng cho các nhà nghiên cứu”. Từ đó cho thấy những tiềm năng rất lớn mà nó có thể mang lại, chúng ta cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu và phát triển hệ thống.
47
Tài liệu tham khảo
[1]. Gesbert D, Shafi M, Shiu D, Smith P J, Naguib A. “From theory to practice: An overview of MIMO space-time coded wireless systems”. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2006, 21(3): 281-302.
[2]. T. L. Marzetta, “How much training is required for multiuser MIMO?”, Fortieth Asilomar Conf. on Signals, Systems, & Computers, Pacific Grove, CA, Oct. 2006. [3].Hoydis J, ten Brink S, Debbah M. “Massive MIMO in the UL/DL of cellular networks: How many antennas do we need?”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2013, 31(2): 160-171.
[4]. Erik G. Larsson, Fredrik Tufvesson, Thomas L. Marzetta, “Massive MIMO for Next Generation Wireless Systems”.IEEE Communications Magazine • February 2014
[5].http://people.revoledu.com/kardi/tutorial/LinearAlgebra/MatrixGeneralizedInver se.html
[6].Marzetta T L. “Noncooperative cellular wireless with unlimitted numbers of base station antennas”. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2010, 9(11): 3590-3600.
[7].TS Nguyễn Phạm Anh Dũng “ Lý thuyết trải phổ và đa truy nhâ ̣p vô tuyến” Ho ̣c viê ̣n công nghê ̣ và bưu chính viễn thông, 2006.