Kỹ thuật đa truy cập phi trực giao trong mạng thông tin di động thế hệ sau

Bài báo này tập trung nghiên cứu ứng dụng mã hóa xếp chồng SC (Superposition Coding) và kỹ thuật triệt giao thoa liên tiếp SIC (Successive Interference Cancellation) trong NOMA trong hệ thống thông tin di động đa người dùng đa anten MIMO (multi-input multi-output).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật đa truy cập phi trực giao trong mạng thông tin di động thế hệ sau 146 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CITA 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Kỹ thuật đa truy cập phi trực giao trong mạng thông tin di động thế hệ sau Nguyễn Duy Nhật Viễn1, Nguyễn Lê Hùng2 1 Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 2 Ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường, Đại học Đà Nẵng 1 ndnvien@dut.udn.vn, 2nlhung@dut.udn.vn Tóm tắt. Gần đây, kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access) đã nổi lên như một kỹ thuật đa truy cập cho truyền thông vô tuyến tương lai. Nguyên nhân chính là bởi NOMA có khả năng dung hòa được giữa hiệu năng hệ thống và công bằng giữa các người dùng so với kỹ thuật đa truy cập trực giao OMA (Orthogonal Multiple Access). Bài báo này tập trung nghiên cứu ứng dụng mã hóa xếp chồng SC (Superposition Coding) và kỹ thuật triệt giao thoa liên tiếp SIC (Successive Interference Cancellation) trong NOMA trong hệ thống thông tin di động đa người dùng đa anten MIMO (multi-input multi-output). Các phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống cũng được trình bày trong nghiên cứu. Kết quả mô phỏng cho thấy việc kết hợp SC và SIC đã khử được giao thoa liên người dùng, đem lại hiệu năng BER, tốc độ tổng tốt trong khi chia xẻ tài nguyên vô tuyến thay vì cấp phát riêng như OMA. Từ khóa: OMA, NOMA, SC, SIC, Non-Orthogonal Multiple Access. 1 Giới thiệu Kỹ thuật đa truy cập phi trực giao NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access) được xem là một trong những kỹ thuật truy cập vô tuyến với hiệu quả truyền dẫn đầy hứa hẹn cho truyền thông di động thế hệ sau [1]. So với đa truy cập phân chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) - là một trong những kỹ thuật truy cập trực giao OMA (Orthogonal Multiple Access) nổi bật thì NOMA có hiệu suất phổ cao hơn hẳn [2], [3]. Khác với OMA, nơi mỗi người dùng trong một tế bào được ấn định tài nguyên (thời gian và tần suất) riêng biệt, kỹ thuật NOMA cho phép các người dùng chia xẻ tài nguyên trong miền năng lượng bằng cách khai thác sự khác nhau giữa các kênh tương ứng [4], [5]. Trong [4], các hiệu năng về tốc độ tổng và hiệu suất gián đoạn của NOMA đơn anten được phân tích trong kịch bản đường xuống mạng thông tin di động đa người dùng. Xác suất gián đoạn và bậc phân tập cho truyền thông NOMA hợp tác được tính trong [5], trong đó, người dùng có điều kiện kênh tốt hơn được ưu tiên truyền thông tin so với những người dùng khác. Bên cạnh đó, các tác giả trong [6], [7] đã nghiên cứu tác động của phân bố công suất công bằng và đề xuất sơ đồ phân bố công suất cho hệ thống NOMA đường xuống. Khác với các nghiên cứu trên, nghiên cứu này thảo luận các kỹ thuật được ứng dụng trong hệ thống NOMA như: kỹ thuật mã hóa xếp chồng SC (Superposition Coding), kỹ thuật triệt giao thoa liên tiếp SIC (Successive Interference Cancellation. Các phân tích và đánh giá hiệu năng hệ thống cũng được trình bày trong các phần sau của nghiên cứu. Các phần sau của nghiên cứu được bố cục như sau: Phần 2 trình bày kỹ thuật mã hóa xếp chồng và kỹ thuật triệt giao thoa liên tiếp; Phần 3 phân tích tốc độ tổng của NOMA và OMA; Kết quả mô phỏng được trình bày trong phần 4; Và cuối cùng, phần 5 là kết luận. Nguyễn Duy Nhật Viễn, Nguyễn Lê Hùng 147 2 Kỹ thuật mã hóa xếp chồng và triệt giao thoa liên tiếp 2.1 Mã hóa xếp chồng Kỹ thuật mã hóa xếp chồng SC (Supperposition Coding) [1] là kỹ thuật truyền thông tin đến nhiều người dùng đồng thời từ một nguồn phát. Bên phát phải mã hóa thông tin liên quan đến từng người dùng. Ví dụ, xét mã hóa xếp chồng cho 2 người dùng như trong Hình 1, bên phát phải gồm 2 bộ mã hóa tương ứng với hai người dùng. Như trong hình vẽ, chòm sao dịch pha cầu phương QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) của người dùng thứ nhất có mức công suất phát cao hơn người dùng thứ hai. Với ( ) và ( ) lần lượt là tín hiệu phát cho người dùng thứ nhất và thứ hai, chuỗi tín hiệu ngõ ra của bộ phát được biểu diễn như sau: ( )= ( )+ ( ) (1) trong đó, và lần lượt là hệ số của tổng công suất được gán cho người dùng thứ nhất và thứ hai, với + = 1. S1 S1 S2 S S2 a) Chòm sao tín hiệu của b) Chòm sao tín hiệu của c) Chòm sao tín hiệu người dùng thứ nhất người dùng thứ hai mã hóa xếp chồng Hình 1. Ví dụ mã hóa xếp chồng 2 người dùng 2.2 Triệt giao thoa liên tiếp Để mã hóa thông tin được xếp chồng tại mỗi bên thu, kỹ thuật triệt giao thoa liên tiếp SIC (Successive Interference Cancellation) khai thác đặc tính khác nhau về cường độ tín hiệu giữa các người dùng. Giải mã S1 Giải mã S2 Tín hiệu thu Tín hiệu thu được được Hình 2. Giải mã SIC Ý tưởng chính của SIC là tín hiệu của người dùng được giải mã một cách liên tục. Khi tín hiệu của một người dùng đã được giãi mã xong thì sẽ được trừ đi trong tín hiệu tổng hợp trước khi được giải mã cho người dùng tiếp theo. Trong SIC, khi giải mã cho một người dùng thì những tí ...