Cải thiện bộ cân bằng RBF cho kênh vệ tinh số

Bộ cân bằng RBF vẫn bộc lộ một số nhược điểm như tốc độ hội tụ thấp, bất ổn định. Để khắc phục phần nào nhược điểm vốn có đó, trong bài báo này chúng tôi đưa ra giải pháp giảm số tham số cần tính của mạng RBF nhằm tăng tốc độ xử lý cho bộ cân bằng RBF trong kênh thông tin vệ tinh số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải thiện bộ cân bằng RBF cho kênh vệ tinh số Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính C¶I TIÕN Bé C©N B»NG RBF CHO KªNH VÖ TINH Sè NGUYỄN VIẾT MINH Tóm tắt: Hiện nay, ứng dụng mạng nơron hàm cơ sở xuyên tâm (Radial Basic Function – RBF) cho bộ cân bằng kênh phi tuyến đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Bên cạnh những ưu điểm nổi trội của nó về khả năng cân bằng kênh phi tuyến, tính thích nghi tốt, đơn giản về cấu trúc và tính toán. Bộ cân bằng RBF vẫn bộc lộ một số nhược điểm như tốc độ hội tụ thấp, bất ổn định. Để khắc phục phần nào nhược điểm vốn có đó, trong bài báo này chúng tôi đưa ra giải pháp giảm số tham số cần tính của mạng RBF nhằm tăng tốc độ xử lý cho bộ cân bằng RBF trong kênh thông tin vệ tinh số. Từ khóa: Thông tin vệ tinh, Mạng neuron, Cân bằng kênh, RBF. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, thông tin vệ tinh số đã được đặc biệt quan tâm [1-8]. Với môi trường hoạt động trong không gian vũ trụ, hệ thống truyền tin qua vệ tinh bị giới hạn về công suất tiêu thụ nguồn. Bên cạnh đó yêu cầu tăng tốc độ truyền dẫn, hiệu quả sử dụng băng tần đã đặt ra những thách thức chủ yếu cho việc thiết kế các bộ phát đáp vệ tinh. Trong các hệ thống thông tin vệ tinh, hầu hết các bộ khuếch đại trên vệ tinh hoạt động ở chế độ gần hoặc ở mức bão hòa để có thể tạo ra đủ công suất phát cho tín hiệu truyền qua một chặng đường dài. Điều này dẫn tới làm méo tín hiệu phát, ta gọi là méo phi tuyến. Ngoài ra để đáp ứng truyền tín hiệu số tốc độ cao, người ta thường dùng các dạng điều chế bậc cao vì vậy méo phi tuyến trở thành một yếu tố chủ yếu hạn chế hiệu năng của các hệ thống thông tin vệ tinh [9-10]. Để giảm ảnh hưởng của tính phi tuyến do bộ khuếch đại công suất gây ra người ta thường sử dụng hai giải pháp: (1) Bộ méo trước được đưa vào máy phát để bù trừ đặc tính phi tuyến của bộ khuếch đại công suất cao [1,3]. (2) Sử dụng bộ cân bằng ở máy thu sao cho có thể giảm đến mức bé nhất ảnh hưởng của phi tuyến và đồng thời cả nhiễu giao thoa ký hiệu – ISI. Giải pháp này toàn diện hơn giải pháp thứ nhất [2]. Trong thời gian qua, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều bộ cân bằng kênh phi tuyến khác nhau và nói chung chúng được phân thành hai loại tương ứng với các kỹ thuật được ứng dụng: Kỹ thuật dựa vào lọc Volterra [2,5,7] và kỹ thuật dựa vào mạng nơron [8-13]. Phương pháp lọc Volterra sử dụng đặc tính phi tuyến của bộ lọc này, hạn chế cơ bản của nó là độ phức tạp tính toán cao. Khắc phục hạn chế của phương pháp lọc Volterra, hiện nay người ta thường dùng các bộ cân bằng mạng nơron: Nơron đa lớp, nơron phản hồi quyết định, nơron thích nghi, nơron xuyên tâm. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng của nó. Nếu mạng nơron đa lớp được sử dụng phổ biến vì khả năng giải quyết nhanh bài toán phi tuyến cao nhưng lại kèm theo đó là độ phức tạp tính toán lớn [11]. Bộ cân bằng phản hồi quyết định – DFE, có ưu điểm thích ứng cao với sự biến đổi của môi trường nhưng phải tính đến khả năng tăng nhiễu và tính ổn định của hệ thống [11]. Mạng nơron hàm cơ sở xuyên tâm với đặc điểm: Khả năng giải quyết tốt bài toán phi tuyến, đơn giản trong hướng dẫn. Mạng này có thể học qua mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống thể hiện qua tín hiệu thu được [8-13]. Với lẽ đó, hiện nay mạng nơron hàm cơ sở xuyên tâm đang thu hút nhiều nhà nghiên cứu sử dụng cho bộ cân bằng của hệ thống thông tin vệ tinh. 80 N. V. Minh, “Cải tiến bộ cân bằng RBF cho kênh vệ tinh số.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu cải tiến mạng nơron hàm cơ sở xuyên tâm sử dụng làm bộ cân bằng cho hệ thống thông tin vệ tinh. Trong đó sẽ đưa ra giải pháp làm đơn giản hơn việc tính toán các tâm của mạng RBF để tăng tốc độ xử lý cho bộ cân bằng. Cấu trúc của bài báo được trình bày như sau: Mục 2 giới thiệu mô hình kênh truyền dẫn vệ tinh số; Nội dung mục 3 trình bày mạng nơron RBF và cấu trúc bộ cân bằng kênh vệ tinh phi tuyến sử dụng RBF; Mục 4 mô tả chi tiết phương pháp cải tiến tham số của bộ cân bằng RBF; Hiệu năng của giải pháp trình bày trong mục 5 và cuối cùng là kết luận. 2. MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN DẪN VỆ TINH SỐ Kênh thông tin vệ tinh gồm hai trạm phát/thu là Tx/Rx kết nối với nhau bằng vệ tinh qua hai đường truyền vô tuyến: Đường lên và đường xuống, như minh họa trong hình 1. x(n) LỌC LỌC y(n) TWTA PHÁT THU Đường lên Đường xuống AWGN Hình 1. Kênh thông tin vệ tinh. Trong đường truyền vệ tinh, tín hiệu điều chế đầu vào tại vệ tinh được khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất cao (HPA) sử dụng đèn sóng chạy (TWT). Do hạn chế về nguồn cung cấp trên vệ tinh mà bộ khuếch đại này thường hoạt động rất gần với vùng bão hòa để đạt được hiệu suất cao. Chính vì nguyên nhân này mà bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA) gây méo phi tuyến nghiêm trọng cả về biên độ và pha. Đặc tính vào/ra điển hình của TWTA có thể được mô hình hóa bởi các công thức sau với hai tham số (12):  r  r 2 Ar   ;    r  (1) 1   r 2 1   r 2 trong đó, r là biên độ của tín hiệu đầu vào TWTA, , , , là các tham số được xác định bởi TWTA. A(r) và (r) biểu diễn hàm chuyển đổi AM – PM. Do TWTA được mô hình hóa là hệ thống phi tuyến không nhớ, các khối trễ trong bộ lọc thu và phát tuyến tính tạo thành kênh tổng hợp là hệ thống tuyến tính có nhớ. Mô ...