Thiết kế mã hóa trước và san bằng cải thiện chất lượng cho các kênh MIMO ISI

Trong bài viết này, một thiết kế tối ưu kết hợp bộ mã hóa trước và san bằng cho kênh MIMO ISI được đề xuất. Nhờ vào việc phân chia độ dư một cách hợp lý hơn trong quá trình truyền dẫn, nên đã giảm được tỷ lệ lỗi bít (BER: Bit Error Rate) đồng thời nâng cao chất lượng hệ thống so với các sơ đồ cùng loại đã được công bố.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế mã hóa trước và san bằng cải thiện chất lượng cho các kênh MIMO ISI Kỹ thuật điều khiển & Điện tử THIẾT KẾ MÃ HÓA TRƯỚC VÀ SAN BẰNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO CÁC KÊNH MIMO ISI Bùi Quốc Doanh*, Phạm Thanh Hiệp, Tạ Chí Hiếu Tóm tắt: Các sơ đồ mã hóa trước và san bằng tối ưu kết hợp đã được áp dụng nhiều vào các hệ thống đa đầu vào – đa đầu ra (MIMO: Multi-Input Multi-Output) và chứng tỏ được khả năng nâng cao hiệu quả trong truyền dẫn. Trong bài báo này, một thiết kế tối ưu kết hợp bộ mã hóa trước và san bằng cho kênh MIMO ISI được đề xuất. Nhờ vào việc phân chia độ dư một cách hợp lý hơn trong quá trình truyền dẫn, nên đã giảm được tỷ lệ lỗi bít (BER: Bit Error Rate) đồng thời nâng cao chất lượng hệ thống so với các sơ đồ cùng loại đã được công bố. Từ khóa: Mã hóa trước; San bằng; Hệ thống MIMO ISI. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong truyền thông vô tuyến băng rộng, các hệ thống truyền dẫn theo khối rất phù hợp cho truyền dẫn tốc độ cao hay truyền dẫn trên các kênh có pha đinh chọn lọc theo tần số, bởi vì các hệ thống này thường sử dụng các khoảng bảo vệ để chống lại nhiễu giữa các khối (IBI: Inter-block interference) như trong các tài liệu [1-4]. Trong các tài liệu [5-7], các nghiên cứu đã cho thấy các kỹ thuật mã hóa trước và san bằng tối ưu kết hợp có khả năng cải thiện rõ rệt chất lượng của hệ thống. Trong các tài liệu [5, 8], người ta thực hiện chèn các ký tự 0 hoặc sử dụng tiền tố vòng (CP: Cyclic Prefix) như trong tài liệu [4] để làm khoảng bảo vệ nhằm loại bỏ nhiễu giữa các symbol (ISI: Intersymbol Intereference), nhưng việc này khiến cho hiệu quả phổ của hệ thống giảm xuống do một phần năng lượng của kênh bị mất đi khi loại bỏ khoảng bảo vệ ở phía thu. Do vậy, để cải thiện tỷ lệ bit lỗi của hệ thống cần phải bổ sung thêm một độ dư nhất định như đã đề cập trong tài liệu [9], tuy nhiên điều này lại làm giảm tốc độ truyền dẫn của hệ thống. Độ dư ở đây thông thường được hiểu là độ dài khoảng bảo vệ như trong các tài liệu [10], [11] và được định nghĩa là khoảng chênh lệch giữa độ dài của vectơ symbol đầu vào so với độ dài của vectơ symbol phát hoặc thu. Trong bài báo này, chúng tôi dựa trên các giải pháp trong các tài liệu [8] và [10] để đề xuất một phương pháp sử dụng độ dư một cách hợp lý hơn, cho phép giảm được tổn hao năng lượng của kênh, nhờ đó đạt được tỷ lệ BER tốt hơn và tăng chất lượng truyền dẫn. Phần tiếp theo của bài báo được tổ chức như sau: mục 2 sẽ miêu tả mô hình hệ thống, mục 3 trình bày các kết quả tính toán mô phỏng và bài báo được kết luận trong mục 4. Ở đây, các ký tự in đậm được dùng cho các ma trận và vectơ, tập các số phức được ký hiệu bằng , các toán tử ()T và () H được hiểu là các toán tử chuyển vị và toán tử Hec-mit của các ma trận tương ứng. 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG Ta xét mô hình hệ thống truyền dẫn trên kênh MIMO ISI như thể hiện trên Hình 1.a gồm bộ mã hóa trước (precoder) ở phía phát và bộ san bằng (equalizer) ở phía thu. Kênh MIMO ISI được giả thiết có T đầu vào ( T ăng ten phát), R đầu ra ( R ăng ten thu). Ở đây, giả thiết rằng các kênh giữa mỗi cặp ăng ten phát và thu là kênh pha đinh chọn lọc theo tần số, có đáp ứng xung hữu hạn (FIR: Finite Impulse Response) với bậc L , các thành phần đáp ứng xung của kênh được chứa trong các ma trận Η[0],..., Η  L  là các ma trận phức, H l   T×R với l  0,..., L. Với luồng symbol đầu vào là s  n  và tín hiệu thu được lấy mẫu ở đầu ra kênh là y  n  , các vectơ symbol trong Hình 1.b được định nghĩa như sau: 30 B. Q. Doanh, P. T. Hiệp, T. C. Hiếu, “Thiết kế mã hóa trước … cho các kênh MIMO ISI.” Nghiên cứu khoa học công nghệ s i   s iN  ,...,s iN+N-1 T x i    x(iPT ),..., x(iPT+PT-1)  T y i    y(iPR ),..., y(iPR+PR-1) T sˆ i   s( ˆ iN+N  1)  T ˆ iN ),...,s( v i    v(iPR ),..., v(iPR+PR  1)  T Trong đó v  i  là vectơ các mẫu tạp âm. Với giả thiết tạp âm có phân bố Gauss, với trung bình 0 và phương sai 1. T R Equalizer Precoder   S s[n] S P   P sˆ[ n]   P S P S N PT PR N ...