Ước lượng kênh và tối ưu chuỗi huấn luyện trong kênh truyền mimo

Bài viết này tối ưu chuỗi huấn luyện bằng kỹ thuật ước lượng MMSE (Minimum Mean Square Error) cho mô hình kênh MIMO tổng quát gồm nhiễu nền và can nhiễu dựa trên tiêu chuẩn tối thiểu sai số ước lượng trung bình MSE (Mean Square Error). Bên cạnh đó, chiều dài trung bình chuỗi huấn luyện được tối ưu tùy theo đặc điểm thống kê kênh truyền, tính tương quan của các anten phát và tổng công suất dùng cho chuỗi huấn luyện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ước lượng kênh và tối ưu chuỗi huấn luyện trong kênh truyền mimo TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN SAIGON UNIVERSITY TẠP CHÍ KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY Số 71 (05/2020) No. 71 (05/2020) Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: http://sj.sgu.edu.vn/ ƯỚC LƯỢNG KÊNH VÀ TỐI ƯU CHUỖI HUẤN LUYỆN TRONG KÊNH TRUYỀN MIMO Mimo channel estimation and training sequence optimization ThS. Dương Hiển Thuận Trường Đại học Sài Gòn TÓM TẮT Trong hệ thống thông tin vô tuyến MIMO kỹ thuật ước lượng kênh truyền dựa vào chuỗi huấn luyện luôn là vấn đề phức tạp và có nhiều phương pháp khác nhau. Trong bài báo này tối ưu chuỗi huấn luyện bằng kỹ thuật ước lượng MMSE (Minimum Mean Square Error) cho mô hình kênh MIMO tổng quát gồm nhiễu nền và can nhiễu dựa trên tiêu chuẩn tối thiểu sai số ước lượng trung bình MSE (Mean Square Error). Bên cạnh đó, chiều dài trung bình chuỗi huấn luyện được tối ưu tùy theo đặc điểm thống kê kênh truyền, tính tương quan của các anten phát và tổng công suất dùng cho chuỗi huấn luyện. Từ khóa: chuỗi huấn luyện, MIMO, MMSE, MSE, ước lượng kênh, vô tuyến ABSTRACT In the MIMO radio communication system, Training-based channels estimation is always a complex problem and has many different approaches. In this paper, the optimum training sequence is designed for general fading MIMO channel including interference and noise by using MMSE (Minimum Mean Square Error) estimator based on the criterion of MSE (Mean Square Error). The average of training sequence length is optimized according to the statistical characteristics channel, the spatial corelation of the transmit antennas and total training power. Keywords: training sequences, MIMO, MMSE, MSE, channel estimation, wireless 1. Giới thiệu 5 (5G) được phát triển và xuất hiện vào Truyền thông không dây ngày càng năm 2020 [1], [2]. Hệ thống thông tin vô được ưa thích do các ưu điểm của truyền tuyến 5G sẽ cho phép các dịch vụ dữ liệu dẫn bằng sóng vô tuyến điện từ mang lại với tốc độ tải xuống lên đến 10Gbps [3], như: thông tin liên lạc mọi lúc, mọi nơi, [4] do đó hệ thống sẽ áp dụng nhiều công không cần dây cáp tín hiệu ví dụ như hệ nghệ kỹ thuật tiên tiến để có thể đáp ứng thống thông tin di động, hệ thống WiFi, hệ nhu cầu đặt ra là cải thiện hiệu quả sử dụng thống cảm biến vô tuyến WSN (Wireless nguồn tài nguyên hữu hạn của hệ thống Sensor Network). Bên cạnh đó nhu cầu như phổ tín hiệu và năng lượng cung cấp truyền thông dữ liệu tốc độ cao ngày một cho hệ thống. Để đáp ứng được nhu cầu lớn do các ứng dụng về hình ảnh, video, trên (năng lượng hữu hạn, dãi thông hữu dịch vụ đa phương tiện... luôn phát triển hạn nhưng phục vụ truyền dữ liệu tốc độ không ngừng. Thế hệ thông tin di động thứ cao và chất lượng tốt) kỹ thuật MIMO Email: dhthuan@gmail.com 130 DƯƠNG HIỂN THUẬN TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN (Multiple Input Multiple Output) là một R.S.Ganesh [6], ta có ba kỹ thuật ước trong những kỹ thuật không thể thiếu trong lượng kênh cơ bản (xem hình 1) là: các hệ thống vô tuyến tốc độ cao. Khi số (a) Ước lượng kênh dựa vào chuỗi lượng anten phát và anten thu tăng lên thì huấn luyện: tín hiệu “chuẩn” được phát từ hệ thống sẽ tạo ra độ phân tập cao hơn phía phát với một cấu trúc, định nghĩa (degree of freedom) hay nói cách khác là trước, tại phía thu sẽ dựa vào tín hiệu thu hệ thống sẽ hoạt động với độ tin cậy cao được và sự sai khác với tín hiệu “chuẩn” hơn do BER của hệ thống được ước lượng phía phát để ước lượng đặc điểm kênh 1 truyền, kỹ thuật này thực hiện nhanh nhưng là BER  dmax  nT nR bên cạnh đó SNR d tiêu tốn tài nguyên hệ thống là dung lượng tốc độ dữ liệu của kênh truyền MIMO cũng và công suất cho tín hiệu “chuẩn” là chuỗi được cải thiện với tốc độ được ước lượng huấn luyện; là R r log2  SNR   rmax  min nT , nR  được (b) Ước lượng kênh mù: là kỹ thuật chỉ dựa vào tín hiệu thu được thông qua E. Telatar trình bày trong [5], trong đó các thuật giải và tiêu chí đánh giá sai số để nT , nR là số anten phát và số anten thu. Tuy ước lượng đặc tính của kênh truyền, kỹ nhiên để cải thiện được dung lượng và chất thuật này không tiêu tốn tài nguyên của hệ lượng của hệ thống (đạt được tính phân thống vì không dùng chuỗi huấn luyện tập không gian) như biểu thức trên thì nhưng thời gian thực hiện lâu và có khả thông tin kênh truyền CSI (Channel State năng không hội tụ; Information) phải được biết đầy đủ tại (c) Ước lượng kênh kết hợp: là kỹ phía phát và phía thu. Điều này có nghĩa tại thuật kết hợp giữa kỹ thuật (a) và (b) tận phía thu phải ước lượng chính xác đặc dụng thời gian không quá lâu và tiêu tốn ít điểm kênh truyền và phát lại phía phát tài nguyên của hệ thống. trên đường truyền không nhiễu. Đây là Các kỹ thuật trên được nghiên cứu áp điều này không bao giờ có đ ...