Kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MIMO đa người dùng

Nghiên cứu này trình bày một số kỹ thuật tiền mã hóa và có kết quả mô phỏng một số hệ thống sử dụng kỹ thuật trên. Kỹ thuật mã hóa tuyến tính như BD cho kết quả tốt hơn kỹ thuật CI. Đối với kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến, nghiên cứu có mô phỏng kỹ thuật DPC và TH, và TH cho hiệu quả cao hơn DPC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MIMO đa người dùng282 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CITA 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Kỹ thuật tiền mã hóa trong hệ thống MIMO đa người dùng Phan Thị Quỳnh Hương Trường Cao đẳng Công nghệ Thông tin, Đại học Đà Nẵng ptqhuong@cit.udn.vn Abstract: Hệ thống MIMO là một trong những kỹ thuật tiên tiến để cải thiện tốc độ và dung lượng dữ liệu trong môi trường truyền dẫn ngày nay. Nhiễu xuất hiện giữa các anten thành phần trong hệ thống OFDM - MIMO có thể bị loại bỏ để cải thiện chất lượng của hệ thống. Kỹ thuật tiền mã hóa là kỹ thuật, trong đó dữ liệu sẽ được mã hóa và truyền đi nhằm giảm tỷ lệ lỗi bit. Có các phương pháp tiền mã hóa tuyến tính và phi tuyến. Mô hình mã hóa tuyến tính có độ phức tạp thấp và có dung lượng hợp lý. Kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến có thể cho dung lượng lớn hơn với độ phức tạp tại máy thu lớn hơn. Trong nghiên cứu này, chất lượng BER của các mô hình tiền mã hóa khác nhau như Đảo kênh, Block Diagonalization, DPC và TH sẽ được phân tích trong hệ thống MIMO. Kết quả mô phỏng cho thấy kỹ thuật tiền mã hóa phi tuyến Dirty Paper Coding (DPC) đưa ra kết quả tốt hơn các kỹ thuật tiền mã hóa khác. Keywords: MIMO, precoding, CI, BD, DPC.1 Giới thiệu Ngày nay, với sự phát triển của truyền thông, số lượng người dùng tăng lên theo từng ngày.Vì vậy, yêu cầu để đạt được hiệu suất phổ tốt hơn, tốc độ dữ liệu và thông lượng cao hơn với độtrễ thấp trong môi trường truyền dẫn là một thách thức khó khăn. Thêm vào đó, tài nguyên phổcũng có giới hạn. Để đối phó với tình hình này, một kỹ thuật tiên tiến được đề xuất - kỹ thuậtMIMO. Hệ thống MIMO là một hệ thống sử dụng đa anten tại bên phát và bên thu. Kỹ thuật nàyđược thực hiện ở khu vực với nhiều người dùng khác nhau cùng truy cập đến một trạm gốc. Đâylà hệ thống MIMO đa người dùng. Trạm gốc sẽ có nhiệm vụ phối hợp truyền dẫn thông qua cácanten khác nhau. Nhưng khi truyền dẫn, tín hiệu sẽ bị nhiễu và máy thu khó có thể thu được tínhiệu mong muốn. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một kỹ thuậtđiều chế hiệu quả nhằm truyền với tốc độ cao, và truyền dữ liệu tốt hơn trong đường truyềnfading đa đường. Vì vậy, hệ thống MIMO - OFDM càng được ứng dụng nhiều để nâng cao chấtlượng tín hiệu và dung lượng kênh truyền của hệ thống [1]. Như đã biết, dữ liệu đến được phát trên nhiều anten trong hệ thống MIMO luôn có sự xuấthiện của nhiễu. Để giảm nhiễu trong trường hợp này, hệ thống MIMO sử dụng thêm kỹ thuậttiền mã hóa tại máy phát. Tiền mã hóa là tên gọi chung cho các kỹ thuật beamforming, đượcdùng hỗ trợ trong truyền đa lớp trong truyền thông không dây. Kỹ thuật này cho phép xử lýnguồn dữ liệu đến nhằm nâng cao chất lượng hệ thống. Tất cả các dữ liệu được truyền đi sẽ có đánh trọng số phụ thuộc vào một yếu tố điều kiệnkênh truyền. Mỗi anten phát sẽ chứa ít nhất một phần dữ liệu từ tất cả các lớp [2]. Dữ liệu giốngnhau này sẽ truyền từ một trong số các anten với trọng số thích hợp và công suất tín hiệu sẽđược tối ưu hóa trong kỹ thuật beamforming truyền thống. Trong tiền mã hóa, các dòng dữ liệukhác nhau sẽ truyền trừ các anten khác nhau với trọng số độc lập và thích hợp, vì vậy thônglượng sẽ đạt tối ưu trong máy thu. Tiền mã hóa sẽ được phân loại gồm tiền mã hóa tuyến tính vàPhan Thị Quỳnh Hương 283phi tuyến. Thuật toán tiền mã hóa tuyến tính cho phép truyền dữ liệu tuyến tính và có độ phứctạp thấp và chất lượng đảm bảo. Tiền mã hóa không tuyến tính có thuật toán phức tạp hơn và cóthể hỗ trợ dung lượng lớn hơn [3]. Trong nghiên cứu này sẽ phân tích kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính và phi tuyến. Kỹ thuậtđảo kênh (channel inversion - CI) là một kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính, trong đó cố định nhiễubằng zero, thích hợp với điều kiện công suất cao và nhiễu thấp. Kỹ thuật Block Diagonalization(BD) có thể tránh được nhiễu giữa các người dùng trong hệ thống đa anten. Tiền mã hóa phituyến như kỹ thuật Dirty Paper Coding (DPC) có thể loại bỏ nhiễu gây ra do các khối dữ liệutrước và sự kết hợp DPC và phép toán modulo đối xứng trong kỹ thuật Tomlinson-Harashima.2 Mô hình hệ thống Mô hình hệ thống MIMO - OFDM được cho trong phần này. MIMO sử dụng đa anten bênphát để truyền dữ liệu và bên thu để thu dữ liệu. Chuyển Chuyển Thêm tiền Dữ liệu đổi nối Điều chế IFFT đổi song tố vòng vào tiếp thành song song song ...