Lựa chọn chuyển tiếp trong các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến Mimo-Sdm-Af

Trong công trình này, nhằm nâng cao phẩm chất BER cho các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến MIMO ghép kênh phân chia không gian (SDM: Spatial Division Multiplexing) khuếch đại chuyển tiếp (AF: Amplify-and-Forward) sử dụng các bộ tách tín hiệu tuyến tính ZF và MMSE chúng tôi đề xuất giải pháp lựa chọn chuyển tiếp (RS: Relay Selection) phân tán theo tiêu chuẩn sai số bình phương trung bình (MSE: Mean Square Error) cho hệ thống này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lựa chọn chuyển tiếp trong các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến Mimo-Sdm-AfNghiên cứu khoa học công nghệ LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP TRONG CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN TIẾP VÔ TUYẾN MIMO-SDM-AF TRẦN VĂN CẢNH*, TRẦN XUÂN NAM*, NGUYỄN LÊ VÂN*, CHU VĂN HẢI**, NGUYỄN HỮU MINH*** Tóm tắt: Các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến truyền dẫn đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) sử dụng các bộ tách tín hiệu tuyến tính cưỡng bức không (ZF: Zero Forcing) và sai số bình phương trung bình nhỏ nhất (MMSE: Minimum Mean Square Error) có độ phức tạp tính toán và xử lý thấp. Tuy nhiên, trên thực tế phẩm chất tỉ lệ lỗi bít (BER: Bit Error Rate) của các bộ tách này mang lại không được cao như mong muốn. Trong công trình này, nhằm nâng cao phẩm chất BER cho các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến MIMO ghép kênh phân chia không gian (SDM: Spatial Division Multiplexing) khuếch đại chuyển tiếp (AF: Amplify-and-Forward) sử dụng các bộ tách tín hiệu tuyến tính ZF và MMSE chúng tôi đề xuất giải pháp lựa chọn chuyển tiếp (RS: Relay Selection) phân tán theo tiêu chuẩn sai số bình phương trung bình (MSE: Mean Square Error) cho hệ thống này. Các kết quả tính toán, mô phỏng độ phức tạp và BER theo phương pháp Monte-Carlo cho thấy, giải pháp RS mà chúng tôi đề xuất cho phép cải thiện đáng kể phẩm chất BER, trong khi độ phức tạp tính toán tăng không đáng kể. Tăng số nút tham gia RS phẩm chất BER cũng được cải thiện.Từ khóa: Chuyển tiếp vô tuyến, MIMO-SDM, AF, ZF, MMSE, Lựa chọn chuyển tiếp, MSE. 1. MỞ ĐẦU Các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến truyền dẫn đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) [1] nhờ sử dụng kỹ thuật phân tập không gian, do vậy có thể chophép tăng dung lượng hệ thống [2], cải thiện phẩm chất tín hiệu và độ tin cậy các đườngliên kết [3], nâng cao hiệu quả sử dụng phổ cũng như giảm thiểu công suất tiêu thụ và làmột trong những giải pháp then chốt khắc phục các ảnh hưởng của pha-đinh vô tuyến. Trên thực tế, phẩm chất của các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến MIMO phụ thuộc vàonhiều yếu tố, có thể nói một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến cả chấtlượng tín hiệu nhận được cũng như độ phức tạp trong tính toán, xử lý là kỹ thuật tách tínhiệu tại máy thu [4]. Trong các hệ thống vô tuyến MIMO ghép kênh phân chia không gian(SDM: Spatial Division Multiplexing), hai bộ tách tín hiệu tuyến tính cưỡng bức không(ZF: Zero Forcing) và sai số bình phương trung bình nhỏ nhất (MMSE: Minimum MeanSquare Error) được sử dụng khá rộng rãi và phổ biến do các bộ tách này có độ phức tạptính toán, xử lý thấp đồng thời chúng dễ dàng thực hiện nhờ các thuật toán thích nghi [1].Tuy nhiên, phẩm chất tách tín hiệu thông qua tỉ lệ lỗi bít (BER: Bit Error Rate) của các bộtách này còn thấp khi các máy thu, phát sử dụng số lượng ăng-ten lớn [4], [5], đặc biệttrong trường hợp hệ thống không có sự hiện diện của đường liên kết trực tiếp nguồn-đích. Nhằm nâng cao phẩm chất BER cho các hệ thống này, đến nay các nhà khoa học đã đềxuất hàng loạt các các giải pháp khác nhau, chẳng hạn như: tối ưu phân bổ công suất; tốiưu hóa lựa chọn ăng-ten [6]; tối ưu các ma trận xử lý tại các nút nguồn, chuyển tiếp, đích[7]; và đặc biệt là tối ưu lựa chọn chuyển tiếp (RS: Relay Selection) [8], [9]. Đối với giảipháp RS, mặc dù đã mang lại những kết quả khả quan, tuy nhiên theo sự hiểu biết củachúng tôi các công trình này hầu hết tập trung cho các mạng “truyền thông hợp tác” [9]Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 71 Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tínhmà ít có giải pháp đề xuất cho các hệ thống “chuyển tiếp vô tuyến”, chính vì vậy bài toánRS chưa thực sự được khảo sát và giải quyết triệt để. Từ ý nghĩa khoa học và thực tiễn đặt ra, trong công trình này chúng tôi đề xuất giảipháp RS cho các hệ thống chuyển tiếp vô tuyến MIMO-SDM khi máy thu sử dụng các bộtách tín hiệu tuyến tính ZF và MMSE. Các kết quả mô phỏng BER theo phương phápMonte-Carlo minh chứng cho thấy, giải pháp RS mà chúng tôi đề xuất cho phép cải thiệnphẩm chất BER của hệ thống rõ rệt trong khi vẫn giữ nguyên bậc của độ phức tạp trongtính toán, xử lý. Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau. Mục II trình bày mô hình hệ thống khảosát. Đề xuất giải pháp RS phân tán theo tiêu chuẩn lựa chọn sai số bình phương trung bình(MSE: Mean Square Error) được trình bày ở mục III. Tính toán, mô phỏng Monte-Carlovà phân tích các kết quả BER cũng như độ phức tạp được làm rõ trong mục IV. Mục V làtóm tắt, kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo. Trong bài báo này, chúng tôi thống nhất sử dụng một số ký hiệu như sau: chữ thường,in nghiêng biểu diễn biến số; chữ thường và chữ hoa, in nghiêng, đậm lần lượt biểu diễn ...