Kết hợp lựa chọn Ăng-ten phát với mã không gian thời gian phân tán trong hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO

Bài báo đề xuất một giải pháp truyền dẫn mới cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp đa đầu vào đa đầu ra (multiple input multiple output: MIMO), trong đó kỹ thuật chọn lọc ăng-ten phát (Transmit Antenna Selection: TAS) được kết hợp cùng kỹ thuật mã không gian thời gian phân tán (Distributed Space-Time Code: DSTC) nhằm nhận được tăng ích phân tập không gian cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO trong khi giảm được số chuỗi cao tần phát (Radio Frequency: RF) tại các nút chuyển tiếp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kết hợp lựa chọn Ăng-ten phát với mã không gian thời gian phân tán trong hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMONghiên cứu khoa học công nghệ KẾT HỢP LỰA CHỌN ĂNG-TEN PHÁT VỚI MÃ KHÔNG GIAN THỜI GIAN PHÂN TÁN TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP MIMO Trần Thế Nghiệp1*, Phạm Văn Biển2, Phạm Tuấn Giáo1, Đỗ Quang Hiệp3 Tóm tắt: Bài báo đề xuất một giải pháp truyền dẫn mới cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp đa đầu vào đa đầu ra (multiple input multiple output: MIMO), trong đó kỹ thuật chọn lọc ăng-ten phát (Transmit Antenna Selection: TAS) được kết hợp cùng kỹ thuật mã không gian thời gian phân tán (Distributed Space-Time Code: DSTC) nhằm nhận được tăng ích phân tập không gian cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO trong khi giảm được số chuỗi cao tần phát (Radio Frequency: RF) tại các nút chuyển tiếp. Mỗi nút chuyển tiếp sẽ lựa chọn một ăng-ten phát có tăng ích kênh truyền từ nó đến nút đích tốt nhất để tham gia chuyển tiếp tín hiệu từ nút nguồn đến nút đích theo cấu trúc mã DSTC. Mô phỏng Monte-Carlo được thực hiện với sơ đồ đề xuất TAS/DSTC và sơ đồ sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao mở rộng vòng kín phân tán (Distributed Close Loop-Extended Orthogonal STBC: DCL-EO STBC) có cùng cấu hình sử dụng toàn bộ ăng-ten tại nút chuyển tiếp. Các kết quả mô phỏng cho thấy sơ đồ đề xuất có phẩm chất tỉ lệ lỗi bít (Bit Error Rate: BER) tốt hơn so với sơ đồ DCL-EO STBC khi sử dụng giao thức khuếch đại và chuyển tiếp (amplify-and-forward: AF).Từ khóa: Mạng chuyển tiếp vô tuyến, Lựa chọn ăng-ten phát, Mã không gian thời gian, Mã không gian thờigian phân tán trực giao mở rộng vòng kín. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Mã không gian thời gian phân tán DSTC là kỹ thuật phát triển ý tưởng mã không gianthời gian (Space-Time Code: STC) trong hệ thống MIMO điểm-điểm cho mạng vô tuyếnchuyển tiếp MIMO để nhận được phân tập không gian tương tự như hệ thống đa ăng-tenđiểm tới điểm thông thường sử dụng mã không gian thời gian STC [1-5]. Yindi và cáccộng sự [3-5] nghiên cứu mạng vô tuyến chuyển tiếp MIMO với các nút chuyển tiếptrang bị một hay nhiều ăng-ten đã chỉ ra rằng tăng ích phân tập của hệ thống sẽ tăng khisố nút tham gia chuyển tiếp hoặc số ăng-ten trang bị tại nút chuyển tiếp tăng. Tuy nhiên,khi tăng số nút chuyển tiếp hoặc tăng số ăng-ten trang bị tại các nút chuyển tiếp thì lạilàm tăng độ phức tạp giải mã tại nút đích. Các tác giả trong [1, 2, 6] đã đề xuất sơ đồ chohệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO với các nút chuyển tiếp trang bị hai ăng-ten sửdụng mã không gian thời gian trực giao phân tán mở rộng vòng kín DCL-EO STBC và cósự hỗ trợ của kênh hồi tiếp từ nút đích về nút chuyển tiếp cho phép hệ thống vừa nhậnđược tăng ích phân tập của tất cả các ăng-ten trang bị tại nút chuyển tiếp và vừa cho phépgiải mã đơn symbol tại nút đích. Nhưng tất cả các đề xuất trong [1-3] muốn cải thiện tăngích phân tập của hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO thì đều phải sử dụng tất cả sốchuỗi RF (thường gồm các khối khuếch đại công suất, trộn tần,...) được trang bị tại cácnút chuyển tiếp. Việc phải sử dụng nhiều chuỗi RF làm tăng kích thước, giá thành và độphức tạp cho các thiết bị vô tuyến. Vậy giải pháp nào để nhận được tăng ích phân tập củatất cả các ăng-ten mà vẫn giảm số chuỗi RF yêu cầu tại các nút chuyển tiếp? Trong hệ thống MIMO điểm-điểm để giảm số chuỗi RF cần được trang bị và độ phứctạp giải mã tại máy thu mà vẫn nhận được tăng ích phân tập của tất cả các ăng-ten, trongđiều kiện tồn tại kênh hồi tiếp thì kỹ thuật lựa chọn ăng-ten tại máy phát, máy thu hoặc cảmáy phát và máy thu là một giải pháp đơn giản nhưng hiệu quả [7-9]. Phát triển ý tưởngnày và tìm đáp án cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO, nhóm tác giả áp dụng kỹTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 43 Kỹ thuật điều khiển & Điện tửthuật lựa chọn kết hợp thu (Selection Combining: SC) và lựa chọn ăng-ten phát (TransmitAntenna Selection: TAS) trong hệ thống MIMO điểm-điểm cho hệ thống vô tuyến chuyểntiếp MIMO. Tuy nhiên, để vẫn giữ được tăng ích mã hóa, bài báo đề xuất kết hợp lựa chọnăng-ten phát TAS và mã DSTC cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp MIMO với sự hỗ trợcủa kênh hồi tiếp từ nút đích về các nút chuyển tiếp. Sơ đồ đề xuất cho phép cải thiệnphẩm chất BER của hệ thống nhờ nhận được tăng ích phân tập của tất cả các ăng-ten trangbị tại các nút chuyển tiếp trong khi giảm được số chuỗi RF yêu cầu tại các nút chuyển tiếp.Ngoài ra, sơ đồ đề xuất còn có thể cho phép sử dụng giao thức khuếch đại và chuyển tiếp(Amplify and Forward: AF) hoặc giải mã và chuyển tiếp (Decode and Forward: DF) tạinút chuyển tiếp mà vẫn giữ được độ phức tạp giải mã đơn symbol tại nút đích. Nội dung còn lại của bài báo được được trình bày như sau: Giới thiệu ngắn gọn về mãDCL-EO STBC cho hệ th ...