Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Miêu tả:Luận văn ThS. Công nghệ Điện tử - Viễn thông -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013
Luận văn nghiên cứu về "Dung năng đa người dùng và kỹ thuật SIC" trong hệ thống MIMO, đi vào nghiên cứu kỹ thuật xử lý, tính toán để thực hiện lặp lại việc tái tạo và khử nhiễu nối tiếp từ tín hiệu thu được tại bộ thu của hệ đa người dùng nhằm đạt được dung năng tổng mong muốn. Hoạt động của các hệ thống được xây dựng trên cơ sở toán học và kết quả mô phỏng so sánh giữa mô hình tách sóng SIC mới để đạt được dung năng so với các mô hình tách sóng khác thực hiện bằng MATLAB. MIMO đa người dùng được áp dụng cho cả đường lên và đường xuống nhưng luận văn chỉ trình bày sâu về đường lên và bộ thu áp kỹ thuật SIC tại trạm cơ sở.
GIỚI THIỆU.................................................................................................................10
Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn.....................................................................11
Đối tƣợng nghiên cứu:..........................................................................................11
Phƣơng pháp nghiên cứu:....................................................................................12
Cấu trúc của Luận văn: .......................................................................................12
CHƢƠNG I. MÔ HÌNH KÊNH MIMO ......................................................................13
1.1. Giới thiệu hệ thống MIMO ...................................................................................13
1.2. Kênh MIMO tổng quát ..........................................................................................14
1.3. Mô hình kênh lấy mẫu ..........................................................................................16
1.3.1. Tƣơng quan không gian fading ..................................................................16
1.3.2. Mảng anten nhìn thấy nhau (Line-of-sigh) LOS.......................................18
1.3.3. Mảng anten đối cực (Cross-polarized)........................................................19
1.4. Mô hình tín hiệu vào ra.........................................................................................19
1.5. Kết luận chƣơng ....................................................................................................22
CHƢƠNG II: DUNG NĂNG KÊNH MIMO ĐA NGƢỜI DÙNG (MU-MIMO)......23
2.1. Dung năng kênh SU-MIMO .................................................................................24
2.2. Vùng dung năng kênh MAC .................................................................................25
2.3. Vùng dung năng kênh quảng bá (BC) .................................................................28
2.3.1. Dung năng tổng BC có thể đạt đƣợc và đối ngẫu UL/DL .........................30
2.4. Từ MIMO đơn ngƣời dùng đến MIMO đa ngƣời dùng ......................................35
2.4.1. Nhắc lại khái niệm đƣờng lên, đƣờng xuống. ...........................................36
2.4.2. Các đặc điểm nổi bật của MU-MIMO so với SU-MIMO...........................36
2.4.3. Những kết quả đạt đƣợc và vấn đề tồn tại hệ MU-MIMO so với SU
MIMO.....................................................................................................................37 2.5. Kết luận chƣơng ....................................................................................................40
CHƢƠNG III: KỸ THUẬT SIC VỚI MU-MIMO UPLINK ......................................41
3.1. Ghép kênh không gian ..........................................................................................43
3.1.1. Nguyên lý cơ bản .........................................................................................43
3.1.2. Ghép kênh dựa trên mã trƣớc.....................................................................46
3.1.3. Xử lý bộ thu phi tuyến .................................................................................48
3.2. Mã trƣớc SMMSE .................................................................................................49
3.3. Giải mã với bộ thu SMMSE-SIC ..........................................................................51
3.4. Kết luận chƣơng ....................................................................................................54
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG..............................................55
4.1. Đánh giá hiệu suất bộ thu qua dung năng tổng đạt đƣợc của bộ thu ................55
4.2. Đánh giá hiệu suất qua tỷ lệ lỗi bít BER..............................................................58
4.3. Kết luận chƣơng ....................................................................................................60
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................61
1. Kết luận của đề tài ....................................................................................................61
2. Đề xuất hƣớng phát triển của đề tài ........................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................63 GIỚI THIỆU
Trong thời đại phát triển bùng nổ của các hệ thống thông tin vô tuyến, nhu cầu
về chất lượng, dung lượng, các dịch vụ đa phương tiện và tính đa dạng trong các hệ
thống thông tin không dây như thông tin di động, internet đang tăng lên một cách
nhanh chóng trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên, phổ tần số vô tuyến là hữu hạn,
muốn tăng dung lượng bắt buộc phải tăng hiệu quả sử dụng phổ tần số. Vì vậy, việc
nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ và kỹ thuật tiên tiến để đáp ứng nhu cầu này luôn
là một đòi hỏi cấp thiết. Một trong những kỹ thuật có thể giúp cải thiện đáng kể chỉ
tiêu, dung lượng, tốc độ dữ liệu đỉnh và phạm vi liên lạc của hệ thống được tập trung
nghiên cứu trên thế giới trong thời gian gần đây chính là kỹ thuật „đa đầu vào đa đầu
ra‟ MIMO (Multiple Input Multiple Output) hay kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát và
nhiều anten thu. Hệ thống MIMO có thể xem như một hệ thống ghép nhiều kênh con
„một đầu vào một đầu ra‟ SISO (Single Input Single Output) hay hệ thống đơn anten.
Dung lượng kênh của hệ thống MIMO là tổng hợp dung lượng của các kênh con thành
phần. Dung lượng kênh MIMO bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi phân bố tăng ích đặc
trưng của các kênh con SISO. Giải pháp sử dụng nhiều phần tử anten tại cả máy thu và
máy phát cho phép khôi phục dữ liệu phát tốt hơn, cải thiện quá trình tách dữ liệu của
người sử dụng. Hai mô hình MIMO cơ bản đó là mã hóa không gian thời gian STC
(Space Time Coding) và ghép kênh phân chia không gian SM (Spatial Multiplexing).
Mã hóa không gian thời gian được dùng để làm tối đa phân tập không gian trong các
kênh MIMO. MIMO sử dụng nhiều anten phát và nhiều anten thu để mở thêm các
kênh truyền trong miền không gian. Do các kênh song song được mở ra cùng thời
gian, cùng tần số, nên đạt được tốc độ dữ liệu cao mà không cần băng thông lớn. Nói
một cách khác là nhờ sử dụng nhiều phần tử anten ở cả phía phát và phía thu, cùng với
các kỹ thuật xử lý tín hiệu bên phát và bên thu, mà kỹ thuật này cho phép sử dụng hiệu
quả phổ tần số cho hệ thống thông tin vô tuyến, cải thiện tốc độ dữ liệu, dung lượng
kênh truyền cũng như độ tin cậy hơn so với các hệ thống truyền thông đơn anten bằng
cách xử lý theo cả hai miền không gian và thời gian.
Trong thời gian gần đây, các nghiên cứu trên thế giới ngày càng quan tâm nhiều
đến các hệ thống thông tin vô tuyến MIMO. Trong đó có nhiều hướng nghiên cứu giải
quyết các vấn đề khác nhau như bài toán dung lượng kênh đa người dùng MIMO, các
bài toán tách sóng, bài toán ước lượng kênh truyền, bài toán mã hóa không gian thời
gian, xử lý tín hiệu không gian thời gian,... Một khó khăn gặp phải trong việc giải
quyết bài toán tách sóng là chất lượng hệ thống này bị ảnh hưởng mạnh bởi can nhiểu
đa truy cập MAI (Multiple Access Interference), hiệu ứng xa gần (near-far effect) và giao thoa liên ký tự ISI (InterSymbol Access Interference), đặc biệt là khi số lượng
anten tăng lên. Do những hạn chế trên, nhiều hướng nghiên cứu khác nhau đã được đề
xuất để triệt can nhiễu MAI, trong đó đáng chú ý là phương pháp tách sóng đa truy
cập MUD (MultiUser Detection). Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là khai thác
cấu trúc của can nhiễu MAI để triệt nó. Ở máy thu, thông tin của tất cả các user được
sử dụng để thực hiện việc tách sóng cho từng user. Do tính phức tạp quá cao của
phương pháp tách sóng tối ưu nên các nghiên cứu về MUD đã tập trung vào các bộ
tách sóng cận tối ưu. Các bộ tách sóng này có hiệu năng gần bằng bộ tách sóng tối ưu
nhưng đơn giản, thực tế hơn, chúng được chia làm hai loại tuyến tính và không tuyến
tính. Các bộ tách sóng tuyến tính áp dụng phép biến đổi tuyến tính đối với ngõ ra của
bộ lọc phối hợp như bộ tách sóng giải tương quan, bộ tách sóng MMSE (Minimum
Mean-Square Error). Trong khi đó, các phương pháp không tuyến tính thực hiện lặp
lại việc tái tạo và trừ can nhiễu MAI, chẳng hạn như bộ triệt nhiễu nối tiếp SIC
(Successive Interference Cancellation), bộ triệt nhiễu song song PIC (Parallel
Interference Cancellation ), vv…
Luận văn nghiên cứu về „Dung năng đa người dùng và kỹ thuật SIC‟ trong hệ
thống MIMO, đi vào nghiên cứu kỹ thuật xử lý, tính toán để thực hiện lặp lại việc tái
tạo và khử nhiễu nối tiếp từ tín hiệu thu được tại bộ thu của hệ đa người dùng nhằm
đạt được dung năng tổng mong muốn. Hoạt động của các hệ thống được xây dựng trên
cơ sở toán học và kết quả mô phỏng so sánh giữa mô hình tách sóng SIC mới để đạt
được dung năng so với các mô hình tách sóng khác thực hiện bằng MATLAB. MIMO
đa người dùng được áp dụng cho cả đường lên và đường xuống nhưng luận văn chỉ
trình bày sâu về đường lên và bộ thu áp dụng kỹ thuật SIC tại trạm cơ sở.
Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn
- Cơ sở lý thuyết dung năng đa người dùng so với dung năng đơn người dùng.
- Kỹ thuật SIC để đạt dung năng so với kỹ thuật khác.
- Mô phỏng và đánh giá hệ thống.
Đối tƣợng nghiên cứu:
- Hệ thống thông tin vô tuyến MIMO.
- Xử lý tín hiệu miền không gian, thời gian và tần số trong hệ thống thông tin vô
tuyến tiên tiến.
- Kỹ thuật khử nhiễu nối tiếp SIC của bộ thu trong hệ thống MU-MIMO áp dụng
cho đường uplink tại trạm cơ sở. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu của luận văn bao gồm việc nghiên cứu lý thuyết, xây
dựng mô hình, đề xuất, cải tiến các thuật toán kết hợp với mô phỏng trên máy tính.
Cấu trúc của Luận văn:
Luận văn gồm 4 chƣơng với nội dung tóm tắt nhƣ sau:
Chƣơng 1: Mô hình kênh MIMO
Chương này là cái nhìn tổng quan về mô hình kênh hệ thống MIMO, mô tả các
mô hình kênh mà nó sẽ được sử dụng trong các mô phỏng, và một mô hình tín hiệu vào
ra rời rạc cũng sẽ được giới thiệu. Biểu diễn kênh dựa trên mô hình toán học, phân
tích và tìm điều kiện để áp dụng kỹ thuật MIMO một cách hiệu quả.
Chƣơng 2: Vùng dung năng của kênh MU-MIMO
Trong chương này, chúng ta tập trung dung năng kênh MIMO đơn người dùng
và đa người dùng trong lý thuyết Shannon. Dung năng Shannon của một kênh bất
biến theo thời gian được định nghĩa là thông tin tương hỗ lớn nhất giữa các kênh đầu
vào và đầu ra. Đây là tốc độ dữ liệu tối đa có thể được truyền qua các kênh với xác
suất lỗi nhỏ tùy ý. Đối với đường lên chúng ta sẽ tín toán dung năng tổng đạt được khi
sử dụng kỹ thuật thu MMSE kết hợp với SIC. Cuối cùng là sự so sánh, đánh giá giữa
dung năng kênh MIMO đa người dùng và đơn người dùng.
Chƣơng 3 : Kỹ thuật SIC với MU-MIMO uplink
Chương này chúng ta sẽ tập trung phân tích mã hóa và giải mã trong hệ thống
MU-MIMO qua đó mô tả thuật toán SMMSE-SIC áp dụng tại bộ thu đa người dùng
cho đường uplink (tại trạm cơ sở), một phương pháp khử nhiễu liên tiếp kết hợp với kỹ
thuật thu SMMSE trong hệ thống MU-MIMO.
Chƣơng 4: Mô phỏng đánh giá hệ thống
Sử dụng Matlab để tiến hành mô phỏng các kỹ thuật ZF, MMSE, ZF-SIC,
MMSE-SIC từ kết quả mô phỏng chúng ta sẽ phân tích, so sánh và đánh giá hiệu năng
của kỹ thuật SIC so với kỹ thuật tách sóng đa người dùng khác.
Phần kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn: Trình bày tóm tắt các
kết quả đạt được của luận văn và nêu ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài, cũng
như những nghiên cứu dự kiến sẽ thực hiện trong tương lai.
CHƢƠNG I. MÔ HÌNH KÊNH MIMO
1.1. Giới thiệu hệ thống MIMO
MIMO là các hệ thống truyền dẫn vô tuyến sử dụng đồng thời nhiều anten ở máy
phát và máy thu, nhằm tăng tốc độ truyền. Chuỗi tín hiệu phát được mã hóa theo cả hai
miền không gian và thời gian nhờ bộ mã hóa không gian thời gian (STE: Space-Time
Encoder). Tín hiệu sau khi được mã hóa không gian - thời gian được phát đi nhờ N
anten phát. Máy thu sử dụng các kỹ thuật thu với M anten thu. Kênh tổng hợp giữa
máy phát (Tx) và máy thu (Rx) có N đầu vào và M đầu ra được gọi là kênh MIMO
M×N. Trong các trường hợp đặc biệt khi N = 1 và M = 1, cho ta hệ thống MIMO đơn
người dùng (tương ứng SISO).
Hệ thống MIMO có thể tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu, giảm nhiễu, tăng vùng
bao phủ hệ thống vô tuyến mà không cần tăng công suất hay băng thông hệ thống. Bên
cạnh việc tăng dung lượng, kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh không gian cho phép đạt
được tốc độ cao nhờ truyền tín hiệu song song từ các anten phát. Tại máy thu, các
luồng dữ liệu được tách ra thông qua các dãy ký tự kênh không gian khác nhau, mặc
dù chúng được truyền đi cùng tần số. Người ta sử dụng các bộ tách hợp lý cực đại có
độ lợi phân tập tối đa để đạt được hiệu năng tối ưu, song độ phức tạp tăng theo hàm
mũ cùng với số lượng anten của máy phát. Để dung hòa giữa độ phức tạp và hiệu năng
cần nghiên cứu dung hòa các giải thuật với quy tắc tách sóng nhằm cải thiện chất
lượng hệ thống MIMO.
9kgTF1Lq7vtuE0H
