Thiết kế bộ tiền mã hóa cho kênh truyền MIMO đường xuống với nhiều thiết bị đầu cuối

Bài viết Thiết kế bộ tiền mã hóa cho kênh truyền MIMO đường xuống với nhiều thiết bị đầu cuối này nghiên cứu kỹ thuật mã hóa ZF cho kênh truyền quảng bá. Tại trạm gốc, kỹ thuật tiền mã hoá ZF dựa trên cơ sở SVD (singular value decomposition) được sử dụng để cực đại dung lượng hệ thống với các điều kiện ràng buộc tổng công suất phát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ tiền mã hóa cho kênh truyền MIMO đường xuống với nhiều thiết bị đầu cuối 38 Lê Kim Hùng, Vũ Phan Huấn THIẾT KẾ BỘ TIỀN MÃ HÓA CHO KÊNH TRUYỀN MIMO ĐƯỜNG XUỐNG VỚI NHIỀU THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI PRECODER DESIGNS FOR MIMO MULTI-USER BROADCAST CHANNELS Nguyễn Lê Hùng1, Nguyễn Duy Nhật Viễn2, Tăng Tấn Chiến2 1 Ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường – Đại học Đà nẵng; Email: nlhung@dut.udn.vn 2 Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà nẵng; Email: ndnvien@dut.udn.vn, ttchien@ac.udn.vn Tóm tắt: Truyền dẫn nhiều ngõ vào-nhiều ngõ ra, Multiple-input Abstract: Multiple-input multiple-output (MIMO) transmissions multiple-output (MIMO), đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ have been widely used in emerging wireless communication thống thông tin vô tuyến thế hệ mới để nâng cao dung lượng networks to increase system capacity and diversity gains. In mạng và độ lợi phân tập. Trong các hệ thống MIMO, kỹ thuật mã MIMO systems, dirty paper coding (DPC) can be employed to hóa DPC (dirty paper coding) có thể được sử dụng để cực đại hóa maximize the capacity of multiuser downlink channels. However, dung lượng của kênh quảng bá đường xuống với nhiều thiết bị đầu DPC entails high computational complexity for practical systems. cuối. Tuy nhiên, kỹ thuật DPC yêu cầu độ phức tạp tính toán cao. To reduce the complexity, linear multiuser encoding techniques Để giảm độ phức tạp tính toán này, các kỹ thuật tiền mã hoá tuyến such as Minimum Mean Square Error (MMSE) or Zero Forcing tính như MMSE (Minimum Mean Square Error) hay ZF (Zero (ZF) have been studied in the recent literature. This paper studies Forcing) đã được nghiên cứu trong những năm gần đây. Bài báo multiuser ZF precoding for a broadcast channel. At the base này nghiên cứu kỹ thuật mã hóa ZF cho kênh truyền quảng bá. Tại station, singular value decomposition (SVD)-based ZF precoding trạm gốc, kỹ thuật tiền mã hoá ZF dựa trên cơ sở SVD (singular is used to maximize the network capacity. At mobile stations, the value decomposition) được sử dụng để cực đại dung luợng hệ MMSE equalizer is used to remove interference at receivers. thống với các điều kiện ràng buộc tổng công suất phát. Cuối cùng, Finally, computer simulations have been conducted to verify the các mô phỏng máy tính được thực hiện để kiểm chứng hiệu năng performance of the considered MIMO system using the ZF của hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật mã hóa ZF. precoding. Từ khóa: MIMO; kênh quảng bá; SVD, BD; Zero Forcing; MMSE Key words: MIMO; broadcast channel; SVD, BD; Zero Forcing; MMSE 1. Đặt vấn đề Mô hình hệ thống được trình bày trong phần 2. Kỹ thuật tiền mã hóa trên cơ sở SVD, tối ưu hóa công suất và thiết Hiện nay, kỹ thuật truyền dẫn nhiều ngõ vào - nhiều kế bộ cân bằng được trình bày trong phần 3. Phần 4 là kết ngõ ra MIMO (Multiple input and multiple output) quả mô phỏng và bình luận. Cuối cùng, kết luận được thường được sử dụng trong kênh quảng bá BC (Broadcast trình bày ở phần 5. Channel) [1] nhằm nâng cao dung lượng kênh truyền. Kênh BC là kênh truyền điểm – đến – đa điểm (ví dụ Lưu ý: Trong bài báo có sử dụng một số ký hiệu toán r c kênh truyền từ 1 trạm gốc BS (Base Station) đến các trạm học sau. X  biểu diễn ma trận X là ma trận phức di động MS (Mobile Station)). Dung lượng kênh BC có có kích thước r hàng c cột. ||X||2 là phép tính Euclidean thể đạt đến miền dung lượng (capacity region) bằng kỹ norm của X. rank(X) và trace(X) lần lượt là hạng và tính thuật DPC (dirty paper coding) nhờ giao thoa liên người trace của ma trận X. blkdiag(X,Y) biểu diễn phép tạo ma dùng được loại trừ ở bên phát [2]. Trong kỹ thuật DPC, trận đường chéo khối từ ma trận X và Y. [X]+ là ma trận phương pháp phân bổ công suất để đạt được dung lượng giả đảo của X và (x)+ là phép lấy giá trị lớn nhất giữa x và tối ưu được đề xuất trong các nghiên cứu [3-4]. Tuy 0. nhiên, vì độ phức tạp tính toán cao của DPC khi áp dụng vào kênh MIMO nên trong hầu hết các nghiên cứu này 2. Mô hình hệ thống chỉ tập trung xét kênh BC chỉ với 1 user hoặc trên các Xét kênh truyền thông tin quảng bá gồm 1 BS có NB kênh MISO (Multiple input and single output). anten, K MS với MS thứ k trang bị Nk anten như mô hình Gần đây, các phương pháp tiền mã hóa tuyến tính để trong hình 1. Giả sử kênh truyền từ BS đến KS là kênh giảm độ phức tạp tính toán cho DPC đã được đề xuất fading phẳng và biến thiên chậm theo thời gian trong các bài báo [5], [6]. Trong các kỹ thuật tiền mã hoá (frequency-flat block fading). Ngoài ra, để cho BS có thể tuyến tính cho kênh BC, hai phương pháp phổ biến được chuyển được tín hiệu cho tất cả MS, hệ thống có điều kiện K dùng là nghịch đảo kênh CI (Channel Inversion) còn được gọi là BD (block diagonalization) [10, 11] và thực hiện ...