Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa người dùng

Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa người dùng trình bày tổng quan về thông tin đa người dùng, các phương pháp đa truy nhập, nguyên nhân và biện pháp khắc phục nhiễu MAI và MI; tổng quan về các phương pháp MUD; vai trò của mã hóa trong thông tin di động; xây dựng mô hình MUD dựa trên MMSE và BICM–ID với điều chế 16-QAM; hệ thống BICM-ID dùng 16-QAM tái sử dụng một phần các điểm tín hiệu và khảo sát tính chất UEP trong hệ thống 4G LTE.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa người dùng 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng đang phát triển mạnh mẽ. Trong số đó các hệ thống thông tin di động tiên tiến 3G WCDMA hay 4G LTE là những ví dụ điển hình. Các hệ thống này vừa phải đáp ứng dung lƣợng cao (số lƣợng ngƣời dùng lớn) vừa phải có chất lƣợng tốt (đa dịch vụ, QoS cao). Đáp ứng đƣợc đồng thời các yêu cầu này là nhờ các tiến bộ mạnh mẽ của các kỹ thuật xử lý tín hiệu. Vì các lí do nêu trên việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng là cấp thiết. 2. Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng; Các phƣơng pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng; Mã sửa sai trong thông tin di động đa ngƣời dùng 3G và 4G. 3. Nội dung, phương pháp nghiên cứu, kết cấu luận án Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu các kỹ thuật chống nhiễu; Mã sửa sai BICM-ID (BitInterleaved Coded Modulation-Iterative Decoding); Các phƣơng pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng. Xây dựng mô hình kết hợp kỹ thuật tách tín hiệu đa ngƣời dùng MUD MMSE (khử nhiễu có độ phức tạp thấp) với sơ đồ BICM-ID (hoạt động tốt trên kênh AWGN và pha-đinh) và điều chế bậc cao (thƣờng là 16-QAM) trong hệ thống di động đa ngƣời dùng 3G trở lên để nâng cao chất lƣợng xử lý tín hiệu. Nghiên cứu đề xuất kỹ thuật kết hợp tạo dạng biểu đồ chòm sao tín hiệu 16-QAM với hệ thống BICM-ID. Tuy nhiên, do sử dụng điều chế bậc cao nên hệ thống phải trả giá về khả năng chống nhiễu và tạp âm. Để khắc phục điều này ta có thể kết hợp điều chế bậc cao với mã kênh và sử dụng tính chất bảo vệ lỗi không đều (UEP: Unequal Error Protection) của 16-QAM. Phương pháp nghiên cứu: Dựa trên phân tích giải tích, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống và tiến hành mô phỏng trên MATLAB để khảo sát và khẳng định kết quả nghiên cứu. 2 Kết cấu luận án được chia thành 3 chương: Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về thông tin đa ngƣời dùng, Các phƣơng pháp đa truy nhập; Nguyên nhân và biện pháp khắc phục nhiễu MAI và MI; Tổng quan về các phƣơng pháp MUD; Vai trò của mã hóa trong thông tin di động. Chƣơng 2: Xây dựng mô hình MUD dựa trên MMSE và BICM–ID với điều chế 16-QAM. Chƣơng 3: Hệ thống BICM-ID dùng 16-QAM tái sử dụng một phần các điểm tín hiệu và khảo sát tính chất UEP trong hệ thống 4G LTE. 4. Ý nghĩa thực tiễn Các đề xuất cải tiến phƣơng pháp tách tín hiệu trong luận án cho phép nâng cao chất lƣợng của hệ thống thông tin di động đa ngƣời dùng. Chương 1 THÔNG TIN ĐA NGƢỜI DÙNG 1.1 Tổng quan về hệ thống đa người dùng Hệ thống thông tin đa ngƣời dùng hay còn gọi là hệ thống đa truy nhập. Có ba phƣơng pháp đa truy nhập hệ thống là: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA); Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA; Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). 1.2 Nhiễu đa truy nhập (MAI) và nhiễu đa đường (MI) Có hai nguồn nhiễu chủ yếu trong hệ thống CDMA: nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Acess Interference) và nhiễu đa đƣờng MI (MultiPath Interference). MAI gây bởi các hàm tƣơng quan chéo CCF (Cross Correlation Function) không hoàn hảo của các mã CDMA, còn nhiễu MI là do hiệu quả kết hợp giữa các hàm tƣơng quan chéo CCF và Hàm tự tƣơng quan ACF (Auto Correlation Function) lệch pha của các mã trải phổ đƣợc dùng bởi hệ thống trong kênh đa đƣờng. Ngoài MAI và MI, hiệu ứng gần xa cũng ảnh hƣởng tới dung lƣợng (số ngƣời dùng trong hệ thống) và chất lƣợng của hệ thống. Hiệu ứng gần-xa xảy ra khi một máy di động ở gần trạm gốc có công suất phát quá lớn có thể ngăn chặn các máy di động ở xa hoặc có thể toàn bộ lƣu lƣợng của tế bào. 3 1.3 Các kỹ thuật để chống lại nhiễu Có một số kỹ thuật để chống lại nhiễu nhƣ: Điều khiển công suất chống lại hiệu ứng gần-xa; Tách tín hiệu đa ngƣời dùng để chống lại nhiễu MAI; Máy thu RAKE để khắc phục MI; Các kĩ thuật tạo búp để chống lại nhiễu đồng kênh; Tách tín hiệu CDMA có sự trợ giúp của pilot; Mã sửa sai kênh truyền. Luận án nghiên cứu sâu về mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền và tách tín hiệu đa ngƣời dùng. 1.4 Tách tín hiệu đa người dùng (MUD) 1.4.1 Mô hình hệ thống Tín hiệu thu trên đƣờng lên có thể đƣợc biểu diễn bởi: (1.1) Giả thiết các xung symbol là vuông, dạng tƣơng quan của mạch lọc phối hợp đơn giản là tích phân của tín hiệu thu đƣợc nhân với mã trải phổ quan tâm ak(t) và sóng mang đồng bộ pha cos(ct ) trong khoảng thời gian symbol Tb. (1.3) Ta có thể biểu diễn tập đầu ra của mạch lọc phối hợp ở dạng véctơ nhƣ sau: (1.4) Trong đó y  [ y1 , y2 , , yK ]T và R là ma trận K  K biểu diễn sự tƣơng quan giữa các dạng sóng trải phổ trong khoảng bít đầu tiên. Do đó, nếu j,k là các phần tử của R thì: (1.5) A là ma trận đƣờng chéo với véc-tơ [A1, A2,…, AK]T dọc theo đƣờng chéo; Ak  Pk / 2, , b = [b1, b2,.., bK] là các bít dữ liệu từ từng tín hiệu trong K tín hiệu và n  [n1, n2 , , nK ]T là véctơ các mẫu tạp âm Gao-xơ, với trung bình bằng 0 và ma trận hiệp phƣơng sai ∑n=2R, tạp âm sau khi giải trải phổ.  2  N0 / 4Tb là công suất 4 Khi đó các quyết định các bít tín hiệu đƣợc thực hiện nhƣ sau: (1.6) trong đó hàm sgn(x) đƣợc áp dụng theo từng phần tử: (1.7) 1.4.2 Thu đa người dùng tối ưu (1.18) Thu đa ngƣời dùng dựa trên dãy hợp lý cực đại có độ tăng ích cao nhƣng độ phức tạp tăng theo hàm mũ của ngƣời sử dụng nên giải pháp cận tối ƣu đƣợc quan tâm. 1.4.3 Thu đa người dùng cận tối ưu tuyến tính Bộ tách tín hiệu tuyến tính là thiết bị đƣa ra các quyết định dựa trên biến đổi tuyến tính của véc tơ đầu ra bộ lọc phối hợp y: (1.19) Trong đó T là toán tử tuyến tính trên y và sgn(x) đƣợc xác định trong phƣơng trình (1.7). Hình 1.5 Sơ đồ khối của cấu trúc máy thu cận tối ưu tuyến tính tổng quát 5 1.5 Mã sửa sai và ứng dụng trong thông tin di động Mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền thƣờng dùng là mã khối và mã xoắn. Trong đó, mã khối thƣờng dùng là mã Hamming, mã RS, mã BCH, mã Cyclic… Mã xoắn còn gọi là mã chập, áp dụng cho giải mã mềm rất hiệu quả. Để tăng hiệu quả sử dụng băng thông ngƣời ta dù ...