BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THU NGA MỘT SỐ MÔ HÌNH KÊNH KHÔNG GIAN VÀ TÁC ĐỘNG CỦA TƢƠNG QUAN KHÔNG GIAN TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDMA Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 62520208 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2016 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Đức Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày… tháng … năm… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam LỜI MỞ ĐẦU Bối cảnh nghiên cứu Bằng cách kết hợp hai kỹ thuật đa anten phát đa anten thu ghép kênh phân chia tần số trực giao MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing), hiệu hệ thống truyền thông không dây tăng cường sử dụng phương pháp phân tập tín hiệu truyền miền thời gian, tần số không gian Hệ thống đa anten phát đa anten thu đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao MIMO-OFDMA (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplex Access) ứng dụng cho nhiều người dùng cách phân bổ sóng mang khác nhờ việc chống fading chọn lọc tần số Lí lựa chọn đề tài Nghiên cứu rằng, vấn đề dung lượng kênh truyền hay việc xử lý tín hiệu ảnh hưởng đặc tính tương quan fading lên kênh truyền Các mô hình kênh thống kê MIMO phân chia theo mô hình hình học tán xạ mô hình vòng tròn Onering mô hình tham số thống kê dựa đo đạc mô hình kênh không gian SCM Do vậy, việc đặt toán kết hợp đánh giá chất lượng hệ thống lớp vật lý kết hợp với cấp phát kênh động lớp MAC mô hình kênh có ảnh hưởng tương quan không gian MIMO-OFDMA theo chuẩn truyền dẫn cần thiết Như vậy, luận án so sánh hai phương pháp mô hình kênh hình học phương pháp mô hình kênh tham số đo đạc: liệu điều kiện môi trường truyền dẫn hai phương pháp mô hình thay cho Qua khảo sát đặc tính tương quan không gian phụ thuộc vào khoảng cách anten, luận án đánh giá ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống MIMO Mục tiêu nghiên cứu luận án Luận án xây dựng mô hình kênh MIMO băng rộng phù hợp với chuẩn LTE-A tác động tương quan không gian Dựa mô hình kênh luận án đề xuất phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống lớp vật lý kết hợp cấp phát kênh động lớp MAC điều kiện kênh có thay đổi tương quan không gian hai phương pháp mô hình kênh xét Để thực tối ưu cách làm thông thường mô vét cạn trường hợp để đưa đánh giá xác đáng tin Luận án rõ liên hệ đặc tính tương quan kênh truyền với chất lượng hệ thống với hàm toán học mô hình giải tích đại lượng phi tuyến mô hình Đây kết có ý nghĩa giúp nhà khoa học tiên lượng kết hệ thống Tổng quan tình hình nghiên cứu mô hình kênh MIMO ảnh hƣởng đặc tính tƣơng quan không gian kênh truyền đến chất lƣợng hệ thống MIMOOFDMA Các vấn đề cần giải luận án Luận án khảo sát so sánh hàm tương quan không gian hai phương pháp mô hình kênh hình học vòng tròn mô hình tham số đo đạc không gian SCM Điều dẫn tới mô hình hình học đơn giản thay cho mô hình tham số đo đạc điều kiện đặc biệt đề xuất cho môi trường truyền dẫn cho mô hình kênh Tiếp theo luận án đề xuất đánh giá chất lượng hệ thống MIMO sử dụng phương pháp mã khối mô hình kênh có ảnh hưởng tương quan không gian MIMOOFDM Cuối cùng, hệ thống có ảnh hưởng tương quan không gian MIMOOFDMA, luận án đánh giá chất lượng hệ thống lớp MAC đề xuất tổ hợp mã hóa Các đóng góp luận án tóm lược sau: Đóng góp 1: So sánh đánh giá hiệu khả ứng dụng phương pháp mô hình tham số đo đạc không gian SCM mô hình kênh hình học Onering cho hệ thống thông tin di động để đưa trường hợp sử dụng mô hình Onering thay cho SCM Đóng góp 2: Thông qua kết phân tích lý thuyết khảo sát hàm tương quan không gian mô hệ thống thống thông qua tỉ số lỗi ký tự SER, luận án đề xuất tham số tối ưu khoảng cách anten phát thu để tối ưu chất lượng hệ thống MIMO-OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa kênh Đóng góp 3: Trên sở xem xét giải pháp mã hóa lớp vật lý, luận án xem xét tiếp tác động tương quan không gian lớp MAC hệ thống MIMO-OFDMA cấp phát kênh động Đóng góp 4: Đề xuất sử dụng tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống đa người sử dụng MIMO-OFDMA mô hình kênh tương quan không gian Những giới hạn nghiên cứu luận án Vấn đề đồng coi lí tưởng trường hợp đường lên đường xuống Thông tin kênh truyền phía thu lý tưởng Trong cell ảnh hưởng nhiễu đồng kênh Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp tính toán giải tích áp dụng để phân tích phương trình toán học Phương pháp Monte Carlo sử dụng mô Matlab sử dụng để mô hệ thống tìm hiệu hệ thống Bố cục luận án: Luận án gồm chương: Chương 1: Phân tích đặc tính tương quan không gian phương pháp tạo kênh MIMO Chương 2: Đánh giá ảnh hưởng đặc tính tương quan không gian với hệ thống MIMO-OFDM dựa mô hình kênh truyền.Chương 3: Đánh giá chất lượng thuật toán triệt nhiễu VBLAST-ZF mô hình kênh tương quan không gian MIMO-OFDMA.Chương 4: Đề xuất sử dụng tổ hợp mã hoá SFBC-MMSE dựa đặc tính tương quan không gian MIMO-OFDMA CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỎNG TẠO KÊNH 1.1 Biểu diễn toán học ma trận tƣơng quan kênh MIMO 1.2 Các phƣơng pháp tạo kênh 1.2.1 Mô hình kênh hình học tán xạ vòng tròn Onering Mô hình vòng tròn Onering mô hình ngẫu nhiên dựa đặc tính hình học Các điểm tán xạ phân bố ngẫu nhiên sau xếp lên vòng tròn tán xạ bán kính xung quanh thiết bị di động mục đích để tạo thời gian trễ truyền dẫn Mô hình Onering mở rộng hình 1.2 cho hệ thống MIMO- OFDM với chuẩn ô tô đường Vehicular A (EVA) - ITU điều kiện thông tin trạng thái kênh hoàn hảo Trong đại lượng gọi góc trải nhìn từ BS, khoảng cách phần tử anten bên BS MS Hệ số góc ngẩng anten bên phía thuê bao MS trạm gốc BS Đại lượng góc tới đường tới thứ n bên MS, tương ứng vậy, ta có góc góc lớn bên BS; đại lượng góc dịch chuyển bên phía MS 𝑦  v 𝜑ℒ−1 𝐼ℒ−1 Sn BS ds  𝜑1 𝐼1  BS max BS n 𝐼1 nMS 𝜑ℒ  MS v x 𝐼ℒ du −𝜑1 𝐼ℒ −𝜑ℒ −𝜑ℒ−1 𝐼 ℒ−1 R D Hình 1.2 Mô hình kênh Onering Hàm tương quan không gian- thời gian- tần số kênh MIMO × sau: ( ) ℒ ∑ ( ∑( ( [ ) ( ( − ) ( )]* , [ ( )] )* ta có hàm tương quan chéo không gian - tần số kênh MIMO 2× Khi sau: ( ℒ ∑ ( (1.10) ∑( ) ( (1.13) ( [ ( ) ( ( − ) ( )]* , [ ] )* Khoảng cách phần tử anten bên BS MS ; góc ngẩng anten bên MS BS Đại lượng góc tới góc đường tới thứ n bên MS bên BS nửa góc lớn bên BS 1.2.2 Mô hình kênh tham số đo đạc không gian SCM Mô hình không gian SCM mô hình tham số ngẫu nhiên đo đạc Phương pháp tham số loại bỏ hoàn toàn tán xạ khỏi việc tổng hợp mô hình, thành phần đa đường truyền không liên quan tới điểm tán xạ lại tạo miền giá trị tham số ngẫu nhiên Mô hình kênh không gian SCM theo chuẩn 3GPP xây dựng cho mô mạng hệ thứ ba băng thông MHz môi trường ngoại ô, đô thị lớn đô thị nhỏ hình 1.5 Cluster n Subpath m N BS array N MS array MS array broadside BS array broadside Hình 1.5 Thông số góc BS MS mô hình SCM [1] : Hướng chùm anten bên BS MS; : Góc AoD góc tới AoA so với phương ngang chùm anten bên BS bên MS; , : Góc AoD góc tới AoA cho đường thứ n bên BS MS; :Góc lệch đường thứ m bên BS, MS; , : Góc AoD góc tới AoA đường thứ m bên BS MS Hàm tương quan không gian- thời gian-tần số kênh MIMO × sau ( ) 〈 ( ) ( )〉 (1.19) ( ( )) (− ) ∑ ∑{ ( ( )) } [ ‖ ‖ ( − Nếu thiết lập Δds = Δdu = TCF (Temporal Correlation Function) là: ( ) ∑ Thiết lập rộng đưa sau: ( )=∑ ) ] hàm tự tương quan thời gian kênh ( ‖ ‖ ∑ ( − ) ) (1.20) , hàm tương quan chéo không gian kênh MIMO băng ∑ { ( ( ( )) ( )) } (1.21) 1.3 Đặc tính tƣơng quan không gian mô hình tham số đo đạc SCM hệ thống 2*2 MIMO 1.3.1 Mô hình kênh truyền tín hiệu truyền thẳng NLOS Luận án so sánh đồ thị tương quan không gian chéo mô hình SCM bên MS ( ) hình 1.14 luận án với hình 1.15 chép y nguyên báo Cheng Xiang Ta thấy đồ thị hàm tương quan không gian chéo bên MS luận án có dạng giống với đồ thị tương quan không gian tác giả ChengXiang Vì việc mô đánh giá hàm tương quan không gian chéo mô hình kênh SCM luận án tin cậy Ham tuong quan cheo ben MS r11,22 voi ds = 1 0.9 Gia tri ham khong gian CCF 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5 Khoang cach anten ben MS du/ 1.5 Hình 1.14 Hàm tương quan không Hình 1.15 Hàm tương quan không gian chéo gian chéo bên MS mô bên MS mô hình kênh SCM hình kênh SCM luận án Cheng-Xiang 1.3.1.1 Đặc tính hàm tương quan không gian bên thu theo phân bố góc AoA 1.3.1.2 Đặc tính hàm tương quan không gian bên phát theo phân bố góc AoD 1.3.1.3 Hàm tương quan không gian hai chiều tín hiệu tầm nhìn thẳng 1.3.1.4 Hàm tự tương quan thời gian TCF 1.3.1.5 Đặc tính hàm tương quan tần số FCF Tuong quan tan so SCM LTE-A 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 Tuong quan tan so R( f) Tuong quan tan so R( f) Tuong quan tan so Onering LTE-A 0.6 0.5 0.4 0.3 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0  f theo MHz 0  f theo MHz Hình 1.20 Hàm FCF mô hình Onering Hình 1.21 Hàm FCF mô hình SCM Do ta biểu diễn hàm FCF hình 1.20-1.21 ta nhận thấy hai đồ thị có dạng tương đối gần giống nhau, điểm cực tiểu có sai khác theo Điểm tương quan tần số lớn giá trị trục hoành 1.3.2 Mô hình kênh truyền có tín hiệu tầm nhìn thẳng LOS Sự thay đổi pha đường truyền tầm nhìn thẳng anten khác phải tính đến mô hình fading Rician kênh MIMO Hàm tương quan chéo kênh MIMO băng rộng tính sau: ( ( )) (1.45) } ( ( )) ( ( )) { } ( ( )) 1.3.2.1 Đặc tính hàm tương quan không gian bên thu theo phân bố góc AoA 1.3.2.2 Đặc tính hàm tương quan không gian bên phát theo phân bố góc AoD 1.3.2.3 Hàm tương quan hai chiều có tín hiệu tầm nhìn thẳng ( ) ∑ ∑{ 1.4 So sánh đặc tính tƣơng quan không gian mô hình kênh không gian SCM mô hình kênh hình học vòng tròn Onering chuẩn LTE-A Luận án so sánh hai mô hình Onering mô hình SCM theo chuẩn LTE-A, với điều kiện đầu vào trường hợp đặc biệt hai anten bên phát/ thu song song với vuông góc với phương ngang ta có mô hình hình học hình 1.35 Hàm tương quan không gian cho mô hình Onering so sánh với công thức mô hình SCM, công thức (1.25) cho thấy hai hàm có sai khác góc lệch đường phụ so với đường hai bên phát thu giá trị góc Trong trường hợp hàm tương quan không gian - tần số cho mô hình Onering viết sau: ( ) (1.60) ( ∑ ( − )+ ∑ ( ( ( − )* ) [ ] y ds  BS  BS n   n, AoA  MS MS du x n Hình 1.35 Mô hình Onering điều kiện dàn anten Hình 1.36 Hàm tương quan không gian Hình 1.37 Hàm tương quan không gian ( ) ( ) chéo chéo Hình 1.36 - 1.37 hàm tương quan không gian bên BS với du = 0.5λ, MS với ds= ( ) hàm ( ) bên 10λ Hình 1.38 - 1.39 hàm MS bên BS Với ds = 0, đồ thị hàm tương quan điểm tối ưu khoảng 0.4λ, du = đồ thị hàm tương quan có điểm tối ưu khoảng 11λ Bảng 1.5 thông số đầu vào hai mô hình kênh Bảng 1.5 Thông số so sánh hai mô hình theo chuẩn LTE-A Băng thông B 5MHz Tần số lấy mẫu fs 7.68MHz 2473.96 ns Trễ truyền dẫn lớn Tần số Doppler 70Hz Tốc độ 30 km/h tần số 2GHz Số điểm tán xạ Onering 80 SCM có đường chính, đường có đường thành phần 2o Góc ngẩng tối đa bên BS Khoảng cách phần tử anten bên BS, bên MS Hình 1.38 Hàm tương quan không gian Hình 1.39 Hàm tương quan không gian ( ) ( ) chéo chéo Khi anten bên MS bên BS di chuyển tạo thành góc αBS αBS, mối quan hệ góc so sánh hai mô hình hình học hình 1.40 n,m,AoA n,m,AoA MS n,AoA  n MS n,m, AoD n,m,AoD n, AoD  BS max  BS  MS Hình 1.40 Mô hình hình học anten di chuyển Hàm tương quan không gian - tần số Onering viết lại sau: ( ) ∑ ∑ ( ( [ ( ) ( ) ( ( − ( [ − − (1.64) )]* , )* ] So sánh với hàm tương quan không gian chéo SCM, ta thấy hai hàm có sai khác góc lệch đường phụ với đường bên BS MS: góc lệch anten a Khi anten BS góc 90o anten MS nghiêng góc 45o so với phương ngang 1.5 Kết luận chƣơng Mô hình SCM trường hợp tổng quát so với mô hình Onering Với mô hình Onering R , ta bớt hai tham số, thực đo đổi lại hàm tương quan không xác số điều kiện truyền dẫn phải thay mô hình hình học khác Với mô hình không gian SCM, phải đo thực tế nên hàm tương quan không gian có xác môi trường đo nhiên mô hình lại mở rộng cho tất môi trường lại Các kết phân tích so sánh hai loại mô hình theo hiểu biết NCS chưa thực nghiên cứu giới Điều giúp nhà khoa học lựa chọn phương pháp mô hình kênh phù hợp cho trường hợp môi trường truyền dẫn Kết luận 1:Các kết mô hai phương pháp mô hình kênh cho ta tham số tối ưu bên phía thiết bị di động MS phía trạm gốc BS sau: Kết luận 2: Khi so sánh với điều kiện đầu đặc tính tương quan hai mô hình gần giống nhau, đặc biệt trường hợp dàn hai anten trạm gốc vuông góc đường nối tâm hai hệ anten Vì trường hợp luận án đề xuất sử dụng mô hình Onering tính chất đơn giản Khi anten bên phía trạm gốc dịch chuyển hàm tương quan thay đổi, luận án đề xuất sử dụng mô hình SCM tính chất gần thực tế sử dụng nhiều tham số Kết luận 3: Khi hai mô hình có điều kiện đầu vào khác tương quan không gian hai mô hình khác nhau, việc chọn lựa mô hình phù hợp theo phân tích ưu nhược điểm mô hình CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN VỚI HỆ THỐNG MIMO-OFDM DỰA TRÊN CÁC MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN 2.1 Hệ thống MIMO - OFDM cho kênh đƣờng xuống LTE-A Hệ thống MIMO -OFDM anten phát anten thu cho kênh đường xuống LTE hình 2.1 với khối bên phát bên thu Ký hiệu liệu bên phát tách nhiễu cân ép không (ZF) với ma trận giả nghịch đảo ma trận hệ số kênh truyền Kí tự thu tái tạo cân ZF [25]: ⃗̂ (( ) ⃗ ) (2.2) Trong trường hợp sử dụng cân kênh MMSE, kí tự thu tái tạo xác định tài liệu [25]: ⃗̂ (( với 𝐼 ma trận đơn vị (S x S); * ) ⃗ (2.3) tỉ số tín hiệu nhiễu đầu vào bên thu 11 S/P Tín hiệu nhị phân Tx1 Bộ điều chế 64-QAM Tín hiệu nhị phân Bộ giải điều chế 64-QAM P/S Bộ mã khối STBC/ SFBC Bộ giải mã khối STBC/ SFBC IFFT CP IFFT CP FFT Loại bỏ CP FFT Loại bỏ CP Tx2 Rx1 Rx2 H 11 Rx1 Tx X1 , X2 , X3 Mã hóa MIMO Tx2 H12 H22 H21 Giải mã MIMO ˆ ,X ˆ ,X ˆ X Rx2 Hình 2.1 Hệ thống phát – thu MIMO-OFDM 2.2 Các kỹ thuật mã hóa xử lý tín hiệu cho hệ thống MIMO – OFDM 2.2.1 Mã khối không gian thời gian (STBC) 2.2.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu không gian thời gian VBLAST 2.2.3 Mã khối không gian tần số (SFBC) 2.3 Ảnh hƣởng tƣơng quan không gian lên chất lƣợng hệ thống MIMO-OFDM 2.3.1 Mô hình kênh không gian tín hiệu tầm nhìn thẳng NLOS 2.3.1.1 Kết mô sử dụng cân ZF 2.3.1.2 Kết mô cân MMSE 2.3.2 Mô hình kênh không gian SCM có tín hiệu tầm nhìn thẳng LOS Ảnh hưởng tương quan không gian không rõ ràng hệ thống sử dụng mã không gian - tần số - thời gian kết hợp với cân kênh đường truyền trực tiếp chiếm công suất lớn quỹ công suất tổng Khi tăng khoảng cách anten bên BS hiệu hệ giảm không đáng kể 2.3.3 Mô hình kênh hình học vòng tròn Onering- NLOS Hình 2.8 2.17 kết đánh giá hiệu hệ thống sử dụng kỹ thuật mã hóa xử lý tín hiệu kết hợp cân ZF MMSE mô hình kênh SCM, hình 2.31 2.32 kết đánh giá hiệu hệ thống mô hình kênh vòng tròn Onering Khi sử dụng SFBC, STBC VBLAST, ta nhận thấy hệ thống bị ảnh hưởng tương quan không gian, nhiên mã SFBC đạt hiệu tốt Điều giải thích mặt định tính mã SFBC khai thác hiệu ứng phân tập tần số tất sóng mang, mã STBC khai thác tính phân tập thời gian hai mẫu OFDM liên tiếp Như hệ thống MIMO-OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa SFBC chịu ảnh hưởng tương quan không gian số kỹ thuật mã hóa xử lý tín hiệu 12 So sanh cac phuong phap su dung ZF- Vung ngoai o So sanh hieu nang su dung ZF, mo hinh Onering-LTE, fD=70Hz 10 10 -1 10 -1 SFBC: BS/ = 0.5 and MS/ = 0.5 10 SFBC BS/=1/2,  MS/=1/2  BS/= 4,  MS/=1/2 -2 SER SER SFBC:BS / = and MS/ = 0.5 SFBC:BS / = 10 and MS/ = 0.5 10  BS/=10,  MS/=1/2 STBC BS/=1/2,  MS/=1/2 STBC: BS/ = 0.5 and MS/ = 0.5  /=4,  STBC:BS / = and MS/ = 0.5 -2 10 BS STBC:BS / = 10 and MS/ = 0.5 BS  /= 4,  BS 10 12 MS  /=10,  BS -4 MS /=1/2 MS 14 16 18 20 10 15 Hình 2.8 So sánh mã sử dụng ZFvùng ngoại ô SCM 20 25 SNR(dB) SNR theo dB Hình 2.31 So sánh mã – sử dụng ZF mô hình Onering So sanh cac phuong phap ma su dung MMSE- Ngoai o /=1/2 /=1/2 10 VBLAST: BS/ = 10 and MS/ = 0.5 /=1/2 BS VBLAST:BS / = and MS/ = 0.5 -3 /=1/2 MS VBLAST /=1/2,  VBLAST:BS / = 0.5 and MS / = 0.5 10 MS  /=10,  -3 10 So sanh cac ma su dung MMSE, mo hinh Onering fD=70Hz 10 10 -1 10 -1 10 SFBC BS/=1/2,  MS/=1/2 -2 SER SER SFBC: ds / = 4;du/ = 0.5 SFBC: ds / = 10;du/ = 0.5 STBC /=1/2,   /=4,  -3 10 STBC: ds / = 4;du/ = 0.5 -2  BS/=10,  MS/=1/2 BS STBC: ds / = 0.5;du/ = 0.5 10  BS/= 4,  MS/=1/2 10 SFBC: ds / = 0.5;du/ = 0.5 BS MS  /=10,  BS STBC: ds / = 10;du/ = 0.5 /=1/2 MS /=1/2 /=1/2 MS VBLAST /=1/2,  VBLAST: ds / = 0.5;du/ = 0.5 BS  /= 4,  VBLAST: ds / = 4; du/ = 0.5 BS -4 10 VBLAST: ds / = 10;du/ = 0.5 MS /=1/2 MS /=1/2  BS/=10,  MS/=1/2 -3 10 10 12 14 16 18 20 SNR (dB) 10 15 20 25 SNR (dB) Hình 2.17 So sánh mã sử dụng Hình 2.32 So sánh mã – sử dụng MMSE- vùng ngoại ô SCM MMSE mô hình Onering Luận án không tổng quát hóa hiệu hai phương pháp mã hóa SFBC STBC kết mô chưa vét cạn hết trường hợp kênh MIMO fading Việc tìm công thức toán học tường minh cho hai mã STBC SFBC cho kênh MIMO phân tập tần số, thời gian không gian với hệ số tương quan khác khó khăn Các kết phân tích mô việc so sánh hiệu hai loại mã hóa sở cho việc đề xuất tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống MIMOOFDMA chương IV 2.4 Kết luận chƣơng Luận án đề xuất phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống thông qua tham số tối ưu khoảng cách anten phát bên BS anten thu bên MS 10λ 0.5λ phương pháp mô hình kênh Khi tăng khoảng cách anten bên phát hiệu hệ thống tăng lên với trường hợp NLOS, với trường hợp LOS, ảnh hưởng tương quan không gian không rõ ràng Trong hệ thống MIMO có tương quan kỹ thuật mã 13 hóa SFBC bị chịu ảnh hưởng tương quan không gian có hiệu sửa lỗi tốt kênh tương quan không gian CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THUẬT TOÁN TRIỆT NHIỄU VBLAST-ZF TRÊN CÁC MÔ HÌNH KÊNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN MIMO – OFDMA 3.1 Hệ thống MIMO – OFDMA anten phát anten thu Kỹ thuật đa truy nhập phân chia tần số trực giao (OFDMA) sử dụng để truyền kênh đa đường để khai thác kênh truyền thông tần số chọn lọc không dây cách phân bổ sóng mang khác cho người dùng để tăng thông lượng hệ thống Hệ thống đa người dùng Q thuê bao MIMO-OFDM 2×2 Dựa kỹ thuật cấp phát kênh động, dòng ký tự gán cho khung điều chế OFDM, truyền tới anten phát (Tx1 Tx2) Kiến trúc phát thu MIMO - OFDMA hình 3.1 hình 3.2 Người dùng thứ i Ðiều chế 64 QAM IFFT Chèn khoảng bảo vệ IFFT Chèn khoảng bảo vệ DCA …… Tx1 Tx2 …… Hình 3.1 Bộ phát MIMO-OFDMA Rx1 Tách khoảng bảo vệ FFT Rx2 Tách khoảng bảo vệ FFT Tách sóng mang cho đa người dùng VBLAST Giải điều chế 64QAM Người dùng Giải điều chế 64QAM Người dùng …… …… VBLAST Q Giải điều chế 64QAM Người dùng Q DCA Hình 3.2 Bộ thu MIMO-OFDMA 3.2 Kỹ thuật cấp phát kênh động - Dynamic Channel Allocation (DCA) 3.3 Thuật toán khôi phục liệu 3.3.1 Bộ khôi phục liệu VBLAST-ZF Thuật toán VBLAST-ZF biến đổi VBLAST theo cân ZF Tại khoảng thời gian ký tự với sóng mang con, ZF dò tìm lớp mạnh loại lớp mạnh khỏi tín hiệu bên thu, lúc bị coi nhiễu Việc tách liệu tiếp tục với lớp mạnh lại 3.3.2 Bộ khôi phục liệu VBLAST-MMSE Thuật toán VBLAST-MMSE sử dụng cân Winner ma trận kênh H Bộ thu loại bỏ nhiễu tiếng ồn làm tối thiểu hóa lỗi tổng hệ thống 14 3.4 Giải thuật VBLAST mô hình kênh Monte Carlo Các tác giả [42] thực thuật toán cấp phát kênh động dựa theo mức ngưỡng SNR mô hình kênh Monte Carlo theo chuẩn HiperLAN2 dựa việc sử dụng cân kênh ZF MMSE Phần luận án bổ sung thêm kết sử dụng thuật toán VBLAST-ZF cho mô hình kênh xét chuẩn LTE-A, đồng thời so sánh kết sử dụng thuật toán VBLAST-ZF với tách nhiễu ZF [42] Kết cho thấy VBLAST-ZF cho hiệu hệ thống tốt so với trường hợp dùng ZF Đồ thị số lượng người dùng hình 3.16-3.17 tỉ lệ lỗi ký tự cao có thuê bao, thuật toán cấp phát kênh [42] chưa áp dụng Khi tăng số lượng người dùng lên, có khác biệt lớn tỷ số SNR sóng mang thuê bao Thuật toán cấp phát kênh động lựa chọn sóng mang có tỉ số SNR lớn cấp phát cho thuê bao làm tăng dung lượng hệ thống Tuy nhiên số lượng thuê bao tăng tới giá trị giới hạn mà tỉ lệ lỗi ký tự giảm thêm 3.5 Đánh giá hiệu thuật toán VBLAST-ZF mô hình kênh Onering LTE-A 3.6 Đánh giá hiệu thuật toán VBLAST-ZF mô hình kênh SCM chuẩn LTE-A Kết thay đổi kí tự khung MAC hình 3.18 - 3.19 hai mô hình kênh Khi tăng kí tự cho khung MAC, SER tăng phải tăng số lượng ước lượng ký tự OFDM chu kỳ khung MAC thời gian tương quan kênh nhỏ làm giảm hiệu hệ thống Mo hinh Onering, ky tu tren khung MAC Mo hinh SCM - NLOS, ky tu tren khung MAC 10 10 -1 SER SER 10 -1 10 VBLAST-ZF: nguoi dung VBLAST-ZF: 30 nguoi dung VBLAST-ZF: 100 nguoi dung ZF: nguoi dung ZF: 30 nguoi dung ZF: 100 nguoi dung -2 10 VBLAST-ZF: nguoi dung VBLAST-ZF: 30 nguoi dung VBLAST-ZF: 100 nguoi dung ZF: nguoi dung ZF: 30 nguoi dung ZF: 100 nguoi dung -2 10 10 15 20 25 10 15 20 25 SNR in dB SNR in dB Hình 3.16 Thuê bao VBLAST-ZF- ORM Hình 3.17 Thuê bao VBLAST-ZF- SCM 15 30 Cac ky tu khác Mo hinh kenh OneRing - Su dung VBLAST-ZF SER SER Cac ky tu khac Mo hinh kenh SCM - Su dung VBLASTZF 10 10 -1 10 -1 10 -2 10 ky tu khung MAC 10 ky tu khung MAC 100 ky tu khung MAC 500 ky tu khung MAC ky tu khung MAC 10 ky tu khung MAC 40 ky tu khung MAC 400ky tu khung MAC 10 15 20 SNR in dB 25 30 35 Hình 3.18 SER VBLAST-ZF ORM 10 12 14 SNR in dB 16 18 20 22 Hình 3.19 SER VBLAST-ZF SCM 3.7 Kết luận chƣơng Trong hệ thống MIMO-OFDMA, giải thuật VBLAST-ZF cho tỉ lệ lỗi ký tự nhỏ so với trường hợp sử dụng riêng rẽ tách nhiễu ZF/MMSE mô hình kênh Khi tăng số lượng nguời dùng đến giá trị định hiệu hệ thống tăng Luận án đánh giá ảnh hưởng tương quan không gian hệ thống sử dụng thuật toán triệt nhiễu VBLAST-ZF số lượng ký tự khung MAC Khi tăng số ký tự khung MAC hiệu hệ thống giảm phải tăng số lượng ước lượng bên thu Khi áp dụng thuật toán cấp phát kênh động hệ thống kênh có ảnh hưởng hệ số tương quan không gian với hai mô hình Onering SCM tính chất hệ thống không thay đổi Các trường hợp sử dụng mô hình Onering có kết xấu so với trường hợp sử dụng mô hình SCM CHƯƠNG ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG TỔ HỢP MÃ HÓA SFBC-MMSE DỰA TRÊN ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN MIMO- OFDMA 4.1 Đánh giá hiệu tổ hợp SFBC-VBLAST-ZF mô hình kênh SCM 4.1.1 Kết mô mô hình kênh SCM-NLOS 4.1.2 Kết mô mô hình kênh SCM-LOS 4.2 Đề xuất tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phƣơng pháp cấp phát kênh động mô hình kênh SCM-NLOS Flop Bảng 4.4 Tính toán số flop với tổ hợp SFBC-MMSE ( )[ ( ] [( ) ][ ] Flop [( Flop Flop Flop Tổng [( ) ) ] ] [ ] [ [ ] [ ] [ − ) ( ] ( ] ( 16 − ) − ) − ) Bảng 4.5 Tính toán số flop với tổ hợp SFBC-VBLAST-ZF: ( )[ ( ] )] [ [( ] Flop Flop )] [( Flop Flop Flop Tổng ( Sum ( [ [ [ ] ( ] ( ] , 2) VBLAST − ) − ) − ) ( ( − ) − ) Khi tính toán số lượng flop thực cấu trúc chương trình với bậc số lượng anten phát thu , luận án thực so sánh sau bảng 4.4, bảng 4.5 Như so sánh số flop thực theo bậc số anten phát/thu ( ) hai tổ hợp ta thấy số flop tổ hợp SFBC-MMSE 74 giảm nhiều so với tổ hợp SFBC-VBLAST-ZF với số flop 142 Vì vây, sử dụng tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE có ưu so với trường hợp sử dụng giải thuật SFBCVBLAST- ZF 4.3 Đề xuất tổ hợp SFBC-MMSE hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phƣơng pháp cấp phát kênh động mô hình kênh vòng tròn Luận án so sánh tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE với SFBC-VBLAST-ZF mô hình kênh SCM có ảnh hưởng hệ số tương quan không gian hình 4.14 mô hình kênh Onering hình 4.23 Cụ thể SFBC-MMSE có tỉ lệ lỗi nhỏ SFBC-VBLAST-ZF đồng thời có có độ phức tạp số lượng phép toán thực nhỏ nhiều Hình 4.20 4.25 khảo sát số lượng người dùng hai mô hình kênh sử dụng tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE kênh tương quan (ρ = 0,9) Khi tăng số lượng người dùng, hiệu hệ thống giảm kênh tương quan cao Các đồ thị hình 4.17 hình 4.24 khảo sát số lượng thuê bao mô hình kênh không gian SCM Onering sử dụng tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE kênh không tương quan (ρ = 0,1) Với ưu điểm thuật toán DCA, ta tăng số lượng người dùng đến mức định tỉ lệ lỗi ký tự giảm SFBC-MMSE va SFBC-VBLAST-ZF tren kenh tuong quan SCM vung ngoai o 10 -1 -1 10 10 SFBC-MMSE p=0.9 SFBC-MMSE p=0.8 SFBC-MMSE p=0.7 SFBC-MMSE p=0.2 SFBC-MMSE p=0.1 SFBC-MMSE p=48e-6 SFBC-VBLAST-ZF p=0.9 SFBC-VBLAST-ZF p=0.8 SFBC-VBLAST-ZF p=0.7 SFBC-VBLAST-ZF p=0.2 SFBC-VBLAST-ZF p=0.1 SFBC-VBLAST-ZF p=48e-6 -2 10 -3 10 10 12 SNR in dB SER SER SFBC - MMSE tren mo hinh kenh Onering tuong quan 10 -2 10 p=0.9 p=0.8 p=0.7 p=0.6 p=0.4 p=0.3 p=0.1 -3 10 14 16 18 20 10 12 SNR in dB 14 16 18 20 Hình 4.23 Hiệu hệ thống SFBCMMSE mô hình Onering Hình 4.14 SFBC-MMSE SFBCVBLAST-ZF – vùng ngoại ô SCM 17 So luong thue bao SFBC-MMSE tren kenh tuong quan- SCM ngoai o 10 -1 -1 10 SER SER 10 -2 10 user users users 10 users 20 users 50 users -3 nguoi dung nguoi dung 10 nguoi dung 20 nguoi dung 50 nguoi dung -3 10 10 12 SNR in dB 14 16 18 20 Hình 4.20 Thuê bao với SFBC-MMSE ngoại ô SCM tương quan 10 12 SNR in dB 14 16 18 20 Hình 4.25 Thuê bao với SFBC-MMSE mô hình Onering tương quan So luong thue bao SFBC-MMSE tren kenh khong tuong quan- SCM ngoai o So nguoi dung tren cac kenh Onering khong tuong quan- SFBC-MMSE 10 10 -1 -1 10 SER 10 SER -2 10 10 Hieu nang he thong SFBC-MMSE tren kenh tuong quan-ORM 10 -2 10 -2 10 user users 20 users 50 users -3 10 nguoi dung nguoi dung nguoi dung 20 nguoi dung -3 10 10 SNR in dB 12 14 16 18 Hình 4.17 Thuê bao với SFBC-MMSE– ngoại ô SCM-NLOS không tương quan 10 SNR in dB 12 14 16 18 Hình 4.24 Thuê bao sử dụng SFBC-MMSE mô hình Onering không tương quan 4.4 Kết luận chƣơng Việc áp dụng tổ hợp mã hoá đề xuất SFBC-MMSE cho hệ thống MIMO-OFDMA dựa thuật toán cấp phát kênh động với hai mô hình kênh có ảnh hưởng tương quan không gian tính chất hệ thống [42] không thay đổi NLOS mô hình Onering hoàn toàn thay cho mô hình thực nghiệm SCM Từ kết mô phỏng, tăng số lượng thuê bao MS, hiệu của hệ thống phụ thuộc vào điều kiện tương quan kênh truyền Nếu kênh không tương quan tăng số lượng thuê bao đến giá trị định hiệu hệ thống tốt Còn trường hợp kênh có tương quan lớn tăng số lượng thuê bao hiệu hệ thống giảm Như vậy, với việc áp dụng tổ hợp mã hoá đề xuất SFBC-MMSE cho hệ thống MIMOOFDMA dựa thuật toán cấp phát kênh động với hai mô hình kênh không gian SCM vòng tròn Onering có ảnh hưởng tương quan không gian tính chất hệ thống [42] không thay đổi Mặt khác áp dụng SFBC-MMSE cho mô hình 18 Onering môi trường NLOS ta nhận thấy đường đồ thị Onering đạt giá trị SER gần với kết mô hình SCM Như vậy, lần chương chứng điều kiện ban đầu hai mô hình trùng điều kiện NLOS mô hình Onering hoàn toàn thay cho mô hình thực nghiệm SCM KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Dựa đặc tính tương quan mô hình kênh phân tập không gian SCM (Case II, Model C) theo chuẩn LTE với băng thông 5MHz cho kênh đường xuống hệ thống MIMO anten phát anten thu Theo trích dẫn 3GPP, SCM có ba môi trường với bán kính tham số góc đặc trưng cho môi trường Luận án khảo sát thông số tối ưu bước sóng với khoảng cách phần tử anten đặc tính tương quan không gian mô hình kênh phân tập không gian SCM Bảng 1.10 thống kê việc khảo sát hàm tương quan không gian thực luận án chương Hàm tương quan không gian SCM phụ thuộc vào khoảng cách phần tử anten bên thu/phát Luận án khảo sát hàm tương quan bên thu/phát dạng phân bố biến ngẫu nhiên giá trị góc tới AoA góc AoD Đóng góp 1: Luận án so sánh đặc tính tƣơng quan không gian phƣơng pháp mô hình tham số đo đạc không gian SCM phƣơng pháp mô hình kênh hình học vòng tròn Onering với chuẩn LTE-A Đồng thời đánh giá hiệu hệ thống thông tin di động qua hai phƣơng pháp mô hình kênh từ đề xuất cách lựa chọn mô hình kênh theo môi trƣờng truyền dẫn Hai phương pháp mô hình không gian SCM- mô hình tham số đo đạc mô hình hình học vòng tròn Onering so sánh với với chuẩn LTE-A hàm tương quan hệ thống MIMO anten phát anten thu Mô hình Onering mô hình hình học có điểm tán xạ đường truyền nằm vòng tròn bán kính R, vòng tròn phân chia thành đới tán xạ mục đích để tạo thời gian trễ truyền dẫn phù hợp với kết đo dựa mô hình hình học Với mô hình Onering người ta đo giá trị trải trễ đường truyền đưa hàm công suất trễ kênh Từ suy gần điểm tán xạ thiết lập lên vòng tròn tán xạ bán kính R với yêu cầu thực đánh giá đặc tính tương quan không gian cặp anten hai bên phát thu Đặc tính tương quan mô hình vòng tròn Onering hoàn toàn không xác số điều kiện truyền dẫn phải chuyển sang mô hình hình học thay phù hợp với điều kiện truyền dẫn mô hình hai vòng tròn Tworing, mô hình Elipse… Trong đó, với mô hình không gian SCM số lượng đường truyền N có thêm M đường truyền đường truyền để tạo thành cụm tán xạ (clusters) với thông số tương đối lớn Do mô hình không gian SCM có thêm hai bậc tự góc đường truyền thứ m đường truyền thứ n để mô tả điểm tán xạ cụm tán xạ 19 Bảng 1.10 Thống kê hàm tương quan không gian Mô hình truyền không thẳng NLOS Chuẩn LTE đường Băng thông 5MHz xuống Tham số khoảng cách anten theo 3GPP Đặc tính tương quan bên phát (BS) Băng thông 5MHz ; ( ( Phân bố Gauss Phân bố Uniform Hàm tham chiếu tính trực tiếp từ công thức tương quan Mô hình truyền thẳng LOS =10 /4 /0.5 ) góc AoD theo phân bố ) [− ( ( (− ) ] ) ) [ ] [− ( ) ] [ ( Đặc tính tương quan bên thu (MS) Hàm Bessel Phân bố Uniform Phân bố Gauss Hàm tương quan không gian hai chiều ( ( ) góc AoA theo phân bố ) ( ( ( ) (− ( ), V )] ) ) ) V Mặt khác, xét mô hình điểm tán xạ mô hình SCM mô hình đo điểm tán xạ cụm tán xạ đo theo kết đo thực tế môi trường truyền Với mô hình SCM, người ta đo hàm công suất trễ kênh truyền đường truyền sau thực đo điểm tán xạ, góc tán xạ đường truyền thứ m đường truyền thứ n thực đánh giá đặc tính tương quan không gian cặp anten bên phát thu Các hàm tương quan không gian dựa kết đo cho kết xác phù hợp với môi trường khảo sát đo Như vậy, với điều kiện đầu giống hàm tương quan không gian bên phát bên thu hai mô hình SCM vòng tròn tương đối giống Với mô hình Onering, với điều kiện R , ta bớt hai tham số góc bậc tự do, thực đo đổi lại hàm tương quan không xác số điều kiện truyền dẫn phải thay mô hình hình học khác mô hình hai vòng tròn hay mô hình ellipse Với mô hình không gian SCM, phải đo thực tế nên hàm tương quan không gian có xác môi trường đo nhiên mô hình lại mở rộng cho tất môi trường lại Các kết phân tích so sánh hai loại mô hình theo hiểu biết NCS chưa thực nghiên cứu giới Các kết phân tích so sánh giúp nhà khoa học lựa chọn phương pháp mô hình kênh phù hợp cho trường hợp môi trường truyền dẫn 20 Kết luận 1: Các kết mô hai mô hình cho ta tham số tối ưu bên bên phía thiết bị di động MS phía trạm gốc BS sau: Kết luận 2: Khi so sánh với điều kiện kênh truyền, xếp anten so sánh tham số hệ thống đặc tính tương quan hai mô hình gần giống nhau, đặc biệt trường hợp dàn hai anten trạm gốc vuông góc đường nối tâm hai hệ anten Vì trường hợp luận án đề xuất sử dụng mô hình Onering tính chất đơn giản Trong trường hợp anten bên phía trạm gốc dịch chuyển hàm tương quan có dịch chuyển nhau, luận án đề xuất sử dụng mô hình SCM tính chất gần thực tế sử dụng nhiều tham số mô Kết luận 3: Trong trường hợp hai mô hình có điều kiện đầu vào khác tương quan không gian hai mô hình khác nhau, việc chọn lựa mô hình phù hợp theo phân tích ưu nhược điểm mô hình Trong trường hợp truyền tín hiệu thẳng LOS, lúc đường truyền trực tiếp chiếm công suất lớn so với quỹ công suất chung, mô hình Onering phải chuyển sang mô hình hình học khác Bảng phân tích khả ứng dụng hai mô hình kênh (Y: sử dụng, N: không sử dụng) Bảng 1.8 Phạm vi sử dụng hai phương pháp mô hình kênh Môi trường Thông số SCMSCMOROR-LOS NLOS LOS NLOS Suburbanma Y N Y N cro Urban macro Y N Y N Urban micro Y Y Y N Tworing Typical N N N N urban ; R=312m Rural Area N N Y N ; R= 79.2m Hilly Terrain N N N N ; R=2702m Indoor N N N N Ellipse ; R=7.2m Từ phân tích trên, luận án có đưa tổng quát chung so sánh hai mô hình vòng tròn mô hình không gian SCM a So sánh mô hình theo tham số hệ thống cách thay đổi tham số khoảng cách anten hai mô hình thấy hàm tương quan không gian có tính chất giống bảng 1.9 Bảng 1.9 So sánh hai mô hình theo tham số hệ thống Mô hình SCM , , , Mô hình OR Tham số hệ Hằng số cho trước Biến ngẫu nhiên tuân Giá trị ngẫu nhiên thống bảng theo quy luật phân bố xác định b Cách thực hai mô hình 21 Với mô hình Onering việc xây dựng mô hình bắt đầu việc đo giá trị trải trễ đường truyền đưa hàm công suất trễ kênh Từ suy gần điểm tán xạ thiết lập lên vòng tròn tán xạ bán kính R Từ vòng tròn tán xạ bán kính R với điều kiện ta thực đánh giá đặc tính tương quan không gian cặp anten hai bên phát thu Với mô hình SCM, việc xây dựng mô hình bắt đầu việc đo hàm công suất trễ kênh truyền, sau thực đo điểm tán xạ góc tán xạ tuyến con, cuối thực đánh giá đặc tính tương quan không gian cặp anten bên phát thu Các hàm tương quan không gian dựa kết đo cho kết xác phù hợp với môi trường khảo sát đo c Ƣu nhƣợc điểm hai mô hình Onering thực đo điểm tán xạ đổi lại hàm tương quan không xác số điều kiện truyền dẫn phải mở rộng sang mô hình hình học khác Với mô hình không gian SCM, phải đo đạc thực tế nên hàm tương quan không gian có xác môi trường đo nhiên mô hình lại mở rộng cho tất môi trường lại SCM có tham số phức tạp, có nhiều tham số bậc tự so với mô hình vòng tròn, khó có liên kết kết mô phân tích lý thuyết tính toán Đóng góp 2: Dựa kết phân tích lý thuyết đặc tính tƣơng quan không gian kết mô hệ thống thông qua tiêu mô chất lƣợng hệ thống SER, luận án đề xuất tham số khoảng cách anten phát thu cho hệ thống MIMO-OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa kênh khác mô hình kênh tham số đo đạc không gian SCM mô hình kênh hình học tán xạ vòng tròn Onering Các toán tối ưu hệ thống lớp vật lý phức tạp, đưa lời giải tường minh phương pháp giải tích Cách làm thông thường mô vét cạn tất trường hợp để đưa đánh giá xác đáng tin Dựa hệ thống tương quan MIMO-OFDM, trình mã hóa thực kỹ thuật mã hóa xử lý tín hiệu không gian thời gian mã không gian–tần số/thời gian SFBC, STBC hay giải thuật VBLAST kết hợp với cân kênh Với mục đích nâng cao hiệu hệ thống giảm thiểu tỉ lệ lỗi ký tự tín hiệu đường truyền, mã SFBC có ưu so với mã lại Ta thấy hiệu hệ thống cải thiện tăng khoảng cách phần tử anten, đặc biệt bên trạm phát Từ kết mô ta nhận xét rằng, hệ thống MIMO có tương quan di chuyển với tốc độ với tốc độ cao hiệu mã SFBC tốt mà STBC SFBC tận dụng đặc tính phân tập miền tần số Vì việc điều chỉnh hệ số tương quan hệ thống MIMO, cụ thể sử dụng tham số tương quan tối ưu ( ) ta lựa chọn SFBC mã bị chịu ảnh hưởng tương quan không gian kỹ thuật mã hóa xử lý tín hiệu hệ thống MIMO-OFDM Bảng 2.4 thống kê lại tham số tổ hợp mã hoá mô chương Do khảo sát tất tham số khoảng cách anten bên phát bên thu nên luận án thực khảo sát với thông số tối ưu trình bày chương 22 Bảng 2.4 Thống kê tham số tổ hợp mã hoá Mô hình khảo sát Tham số khoảng cách anten tối ưu bên phát bên thu Môi trường khảo sát Kỹ thuật xử lý tín hiệu mã hóa hệ thống Hiệu hệ thống tốt sử dụng mã hóa Mô hình SCM-NLOS Ngoại ô, đô thị lớn đô thị nhỏ SFBC, STBC, VBLAST Mã SFBC điều kiện tối ưu khoảng cách anten bên phát bên thu Mô hình SCM-LOS Hiệu hệ thống không phụ thuộc vào tương quan không gian Đô thị nhỏ Mô hình Onering SFBC, STBC SFBC, VBLAST Mã SFBC điều kiện tối ưu khoảng cách anten bên phát bên thu Mã SFBC điều kiện tối ưu khoảng cách anten bên phát bên thu Ngoại ô STBC, Đóng góp 3: Trên sở xem xét giải pháp mã hóa lớp vật lý, luận án xem xét tiếp tác động tƣơng quan không gian lớp MAC hệ thống MIMOOFDMA cấp phát kênh động Kết nghiên cứu với giả thiết can nhiễu ICI MAI, chất lượng hệ thống cải thiện số lượng người dùng tăng lên giá trị bão hòa Kết có phân tập kênh truyền tận dụng hiệu thông qua thuật toán cấp phát kênh số lượng người dùng tăng lên Các kết nghiên cứu trước đề cập đến mối liên hệ này, cụ thể đặc tính phân tập kênh truyền môi trường người sử dụng tận dụng, đặc tính phân tập làm cải thiện chất lượng hệ thống Từ MIMO-OFDM, luận án tiếp tục mở rộng sang hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA anten phát anten thu Luận án sử dụng giải thuật VBLAST–ZF mô hình kênh phân tập không gian SCM mô hình kênh Onering có ảnh hưởng hệ số tương quan không gian hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phương pháp cấp phát kênh động VBLAST-ZF thực triệt nhiễu theo trình lặp loại bỏ giá trị nhiễu lớp Kết hợp với phương pháp cấp phát kênh động, VBLAST-ZF cho hiệu hệ thống tốt trường hợp sử dụng cân kênh ZF/MMSE mô hình kênh tương quan Ta thấy việc áp dụng tổ hợp mã hoá mô hình kênh có ảnh hưởng tương quan không gian áp dụng thuật toán cấp phát kênh động DCA [42] không thay đổi tính chất hệ thống, số lượng người dùng số lượng ký tự khung MAC kết [42] Mặt khác, so sánh kết hai mô hình kênh, ta thấy nhóm kết mô hình Onering có tỉ lệ lỗi ký tự lớn Ta nói trường hợp sử dụng mô hình SCM gần thực tế mô hình hình học tán xạ Onering Dựa ưu cải thiện hiệu hệ thống khảo sát chương trước, luận án đưa mã SFBC vào hệ thống đa truy nhập mô hình kênh SCM có ảnh hưởng hệ số tương quan không gian Việc kết hợp mã SFBC thuật toán triệt nhiễu 23 VBLAST-ZF cho ta tổ hợp SFBC-VBLAST-ZF Với kết hợp này, hiệu hệ thống tăng tỉ lệ lỗi ký tự giảm tất môi trường ngoại ô, đô thị lớn đô thị nhỏ 3GPP Kết kênh có hệ số tương quan nhỏ hiệu hệ thống sử dụng tổ hợp mã hóa triệt nhiễu cao Quá trình đa truy nhập thể vào số lượng người dùng truy nhập vào hệ thống.Với phương thức cấp phát kênh động tổ hợp mã hóa- triệt nhiễu đề xuất, số lượng người dùng khung MAC tăng đến giá trị định hiệu hệ thống cải thiện rõ rệt Sau tiếp tục tăng số thuê bao giá trị tối ưu không tăng thêm Mặc dù hiệu thuật toán có cải thiện không đáng kể nhiên việc sử dụng triệt nhiễu VBLAST rõ ràng làm tăng tính phức tạp tốn cho hệ thống Đóng góp 4: Luận án đề xuất tổ hợp SFBC- MMSE mô hình kênh phân tập không gian SCM mô hình kênh Onering có ảnh hƣởng hệ số tƣơng quan không gian hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phƣơng pháp cấp phát kênh động Do phương pháp triệt nhiễu VBLAST thực với lớp, bước lặp lớn độ phức tạp thuật toán lớn Bộ cân MMSE nén thành phần nhiễu, loại bỏ nhiễu tiếng ồn tốt cân ZF Từ kết mô phỏng, ta thấy tổ hợp SFBC-MMSE cải thiện hiệu hệ thống tốt so với tổ hợp SFBC-VBLASTZF dựa phương pháp cấp phát kênh tác giả [42] đề xuất Mặc dù hiệu việc cải thiện không cao nhiên lại tránh độ phức tạp tốn chi phí sử dụng VBLAST Luận án lí giải việc tăng số lượng thuê bao điều kiện kênh tương quan không tương quan Một lần chương cuối luận án, tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE mô hình kênh có ảnh hưởng tương quan không gian áp dụng thuật toán cấp phát kênh động DCA [42] hoàn toàn không thay đổi tính chất kênh kết [42] Mặt khác, nhóm kết đạt tỉ lệ lỗi kí tự thấp mô hình SCM mô hình SCM mô hình thực nghiệm dựa kết đo nên mô hình có tính xác cao Các trường hợp sử dụng mô hình vòng tròn Onering cho kết xấu mô hình Onering mô hình hình học tán xạ Hướng nghiên cứu đề tài vấn đề mạng adhoc MIMOOFDMA, tức node mạng (các thuê bao) dạng node ẩn node thực liên kết với mô hình kênh không gian có ảnh hưởng fading đa đường truyền 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bài báo hội thảo quốc tế: Nguyen Canh Thuong, Nguyen Van Duc, PhuongDang, Luong PhamVan, Nguyen Thu Nga, and Mathias Patzold, (2012), “A performance study of LTE MIMOOFDM systems using the extended one-ring MIMO channel model” in International Conference of Advanced Technologies for Communications, pp 263– 268, Oct 2012 Nga Nguyen, Bach Tran, Quoc Khuong Nguyen, Van Duc Nguyen, and Byeungwoo Jeon, (2014), “An Investigation of the Spatial Correlation Influence on Coded MIMO-OFDM system” in International Conference on Ubiquitous Information Management and Communications (IMCOM), vol 3 Thu Nga Nguyen, Xuan Lai, Bach Tran, Quoc Khuong Nguyen, Trung Dung Nguyen, and Van Duc Nguyen, (2014), “Performance Analysis of the VBLAST Algorithm for MIMO-OFDMA Systems on Spatial Correlated Channels” in International Conference of Computing, Management and Telecommunications (Com Man Tel) Thu Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “A code scheme SFBC on 3GPP Channel Model in Correlated MIMO-OFDMA system”, in The International Conferences on Advanced Technologies for Communications (ATC 2014), pp 1–6 Bach Tran, Nga Nguyen, Van Duc Nguyen, and Byeungwoo Jeon, (2016), “Influence of the spatial correlation properties on coded MIMO-OFDM system performance based on SCM in Urban Microcell environment”, in International Conference on Ubiquitous Information Management and Communications (IMCOM) Tạp chí trƣờng Đại học Khoa học Kỹ thuật: Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “The correlation properities of spatial and Onering channel Model”, in Journal of Science and Technology Technique Universities, Vol.101, no ISSN 0868–3980, pp 111–117 Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “A comparision of 3GPP and geometrical channel models on correlated MIMO-OFDMA system” in Journal of Science and Technology Technique Universities, Vol 102, no ISSN 0868–3980, pp 43–49 Tạp chí Wireless Communication and Mobile Computing (SCE - IF:0.922) NCS chấp nhận báo đăng tạp chí WCM ID 2730 trình xuất Thu Nga Nguyen, Van Duc Nguyen, (2016), “A performance comparison of the SCM and the Onering channel modeling method for MIMO-OFDMA systems", in Journal of Wireless Communication and Mobile Computing 25 [...]... của hai mô hình một vòng tròn và mô hình không gian SCM a So sánh 2 mô hình theo tham số hệ thống bằng cách thay đổi các bộ tham số khoảng cách anten của hai mô hình thì thấy rằng hàm tương quan không gian có tính chất giống nhau trong bảng 1.9 Bảng 1.9 So sánh hai mô hình theo tham số hệ thống Mô hình SCM , , , Mô hình OR Tham số hệ Hằng số cho trước Biến ngẫu nhiên tuân Giá trị ngẫu nhiên thống trong. .. bộ tham số Kết luận 3: Khi hai mô hình có các điều kiện đầu vào khác nhau thì tương quan không gian hai mô hình sẽ khác nhau, việc chọn lựa các mô hình phù hợp sẽ theo các phân tích về ưu nhược điểm của từng mô hình CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN VỚI HỆ THỐNG MIMO- OFDM DỰA TRÊN CÁC MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN 2.1 Hệ thống MIMO - OFDM cho kênh đƣờng xuống LTE-A Hệ thống MIMO -OFDM... hiệu năng hệ thống sẽ tăng Luận án cũng đánh giá ảnh hưởng của tương quan không gian trong hệ thống sử dụng thuật toán triệt nhiễu VBLAST-ZF đối với các số lượng ký tự trong khung MAC Khi tăng số ký tự trong khung MAC hiệu năng hệ thống giảm do phải tăng số lượng ước lượng bên thu Khi áp dụng thuật toán cấp phát kênh động trên hệ thống kênh có ảnh hưởng của hệ số tương quan không gian với hai mô hình Onering... tương quan không gian bên phát và bên thu của hai mô hình SCM và một vòng tròn tương đối giống nhau Bảng 1.8 phân tích khả năng ứng dụng của hai mô hình trong những môi trường của 3GPP (Y: có sử dụng - N: không sử dụng) 9 Hình 1.57 Tương quan BS Hình 1.58 Tương quan MS Bảng 1.7 Bảng các bộ tham số góc đầu vào khi so sánh hai mô hình Tham số Chuẩn LTE-A (EVA) Góc hợp bởi đường nối tâm hai hệ anten và. .. kênh hình học một vòng tròn Onering với cùng chuẩn LTE-A Đồng thời đánh giá hiệu năng hệ thống thông tin di động qua hai phƣơng pháp mô hình kênh từ đó đề xuất cách lựa chọn mô hình kênh theo các môi trƣờng truyền dẫn Hai phương pháp mô hình không gian SCM- mô hình tham số đo đạc và mô hình hình học một vòng tròn Onering được so sánh với nhau với cùng chuẩn LTE-A về các hàm tương quan trong hệ thống MIMO. .. càng tăng số lượng thuê bao thì hiệu năng hệ thống càng giảm Như vậy, với việc áp dụng tổ hợp mã hoá đề xuất SFBC-MMSE cho hệ thống MIMOOFDMA dựa trên thuật toán cấp phát kênh động với hai mô hình kênh không gian SCM và một vòng tròn Onering có ảnh hưởng của tương quan không gian thì các tính chất của hệ thống trong [42] không thay đổi Mặt khác khi áp dụng SFBC-MMSE cho mô hình 18 Onering trong môi trường... [42] không thay đổi NLOS thì mô hình Onering hoàn toàn có thể thay thế cho mô hình thực nghiệm SCM Từ các kết quả mô phỏng, khi tăng số lượng các thuê bao MS, hiệu năng của của hệ thống phụ thuộc vào điều kiện tương quan của kênh truyền Nếu các kênh không tương quan thì càng tăng số lượng thuê bao đến một giá trị nhất định thì hiệu năng của hệ thống càng tốt Còn trong trường hợp các kênh có tương quan. .. nhiều Hình 4.20 và 4.25 khảo sát số lượng người dùng trên hai mô hình kênh khi sử dụng tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE trên các kênh tương quan (ρ = 0,9) Khi tăng số lượng người dùng, hiệu năng hệ thống giảm trên kênh tương quan cao Các đồ thị trên hình 4.17 và hình 4.24 khảo sát số lượng thuê bao trên mô hình kênh không gian SCM và Onering khi sử dụng tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE trên các kênh không tương quan. .. hàm tương quan không còn chính xác trong một số điều kiện truyền dẫn và phải mở rộng sang các mô hình hình học khác Với mô hình không gian SCM, do phải đo đạc trên thực tế nên các hàm tương quan không gian có được là chính xác trong môi trường đã đo tuy nhiên mô hình lại không thể mở rộng cho tất cả các môi trường còn lại SCM có bộ tham số phức tạp, có nhiều hơn 2 tham số bậc tự do so với mô hình một. .. quả mô phỏng và phân tích lý thuyết tính toán Đóng góp 2: Dựa trên kết quả phân tích lý thuyết của đặc tính tƣơng quan không gian và kết quả mô phỏng hệ thống thông qua chỉ tiêu mô phỏng chất lƣợng hệ thống SER, luận án đề xuất các bộ tham số về khoảng cách anten phát và thu cho hệ thống MIMO- OFDM sử dụng các kỹ thuật mã hóa kênh khác nhau trên mô hình kênh tham số đo đạc không gian SCM và mô hình kênh