Đang tải... (xem toàn văn)
1. Tính cấp thiết của đề tài Các dịch vụ sử dụng các thiết bị không dây tốc độ cao, băng thông rộng như điện thoại không dây, Internet không dây,…phát triển ngày càng mạnh mẽ, cùng với đó nhu cầu về dung lượng và chất lượng của hệ thống ngày càng được tăng cường nhằm thoả mãn nhu cầu thông tin liên lạc ngày càng cao của con người do đó đòi hỏi người ta phải đưa ra các biện pháp để cải thiện chất lượng cũng như dung lượng của hệ thống trong một phạm vi băng tần nhất định. Trong các hệ thống mạng vô tuyến đơn tế bào, truyền dẫn đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA) sử dụng precoding và/hoặc postcoding thích hợp đã được triển khai mạnh mẽ để nâng cao hiệu quả phổ của hệ thống [3], [13], [17], [19]. Để có thể cho hiệu quả phổ cao hơn, truyền dẫn đa tế bào cùng sử dụng lại tần số có thể được triển khai nếu nhiễu giữa các tế bào lân cận (OCI) là đủ nhỏ khi khoảng cách giữa các tế bào là đủ lớn [14], tuy nhiên điều này gây lãng phí tài nguyên tần số (do tài nguyên tần số là có hạn). Nếu như khoảng cách giữa các tế bào là nhỏ, thì OCI sẽ tăng và phải chịu tổn thất đáng kể về dung lượng của hệ thống nhưng sẽ tiết kiệm được tài nguyên tần số. Ngoài các nghiên cứu các kênh quảng bá (truyền dẫn đường xuống), thì đã có một số nghiên cứu về truyền dẫn đa tế bào trên các kênh đa truy cập (truyền dẫn đường lên). Đặt biệt, các kỹ thuật phân tích ma trận thừa số (SVD) dựa trên các kỹ thuật precoding và postcoding được sử dụng để loại bỏ nhiễu liên người sử dụng (trong mỗi tế bào) và OCI [12], [18]. Khác với các kỹ thuật SVD [12], [18], đã được nghiên cứu tôi chọn đề tài “Thiết kế mã hóa đa truy cập trọng mạng di động đa tế bào” thực hiện các vấn đề của việc thiết kế precoding và postcoding cho truyền dẫn đường lên trong hệ thống đa tế bào cùng sử dụng lại tần số. Bằng việc sử dụng Zero-forcing-based precoding/postcoding và phân bổ công suất tối ưu, với kỹ thuật này thì sẽ loại bỏ được nhiễu liên người sử dụng, OCI tốt hơn và làm cho dung lượng của hệ thống cao hơn so với các kỹ thuật đã được nghiên cứu trước đây là thật sự cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế ma trận Zero-forcing-based postcoding tại các trạm gốc BS để loại bỏ nhiễu liên người sử dụng và OCI trong hệ thống truyền dẫn đa tế bào cùng sử dụng lại tần số. Nghiên cứu thiết kế precoding tại các người sử dụng để tối đa dung lượng tổng của mỗi tế bào trong hệ thống truyền dẫn đa tế bào cùng sử dụng lại tần số. Mô phỏng so sánh các kỹ thuật precoding và postcoding đã được nghiên cứu trước đó (như: P-SVD) với kỹ thuật precoding và postcoding đã được đề xuất trong đề tài. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu Zero-forcing-based postcoding/precoding trong truyền dẫn đa tế bào trên các kênh đa truy cập. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian (SDMA) trong hệ thống MIMO đa người dùng. Nghiên cứu các mô hình truyền dẫn đa tế bào trên các kênh đa truy cập. Nghiên cứu precoding/postcoding trong truyền dẫn đa tế bào. 4. Phương pháp nghiên cứu Thu thập và phân tích các tài liệu, thông tin có liên quan đến đề tài. Tham khảo các đề tài, bài báo khoa học đã được thực hiện có nội dung liên quan đến mã hóa trong truyền dẫn đa tế bào trên các kênh đa truy cập. Đề xuất thiết kế precoding/postcoding. Dùng phần mềm Matlab để thực hiện mô phỏng, kiểm tra so sánh kết quả. 5. Bố cục đề tài Ngoài các phần mở đầu, kết luận và hướng phát triển, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn bao gồm 4 chương sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động tế bào và OFDM. Chương 2: Tổng quan về hệ thống MIMO đa người dùng và các kỹ thuật mã hóa đa truy cập. Chương 3: Thiết kế mã hóa đa truy cập trong mạng di động đa tế bào. Chương 4: Mô phỏng và kế quả.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN ĐÌNH THẮNG THIẾT KẾ MÃ HĨA ĐA TRUY CẬP TRONG MẠNG DI ĐỘNG ĐA TẾ BÀO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN ĐÌNH THẮNG THIẾT KẾ MÃ HÓA ĐA TRUY CẬP TRONG MẠNG DI ĐỘNG ĐA TẾ BÀO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN LÊ HÙNG Đà Nẵng - Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phan Đình Thắng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài Tổng quan tài liệu nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO VÀ OFDM 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO 1.2.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 1.2.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 1.2.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 1.2.4 Hệ thống thông tin di động hệ tiền 4G 1.2.5 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư (4G) 10 1.3 KỸ THUẬT OFDM 13 1.3.1 Giới thiệu 13 1.3.2 Nguyên lý kỹ thuật OFDM 14 1.3.3 Sự trực giao 16 1.3.4 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 17 1.3.5 Cấu trúc khung liệu OFDM 21 1.3.6 Các kỹ thuật điều chế số OFDM 23 1.3.7 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật OFDM 24 1.4 ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN CỦA KỸ THUẬT OFDM 25 1.4.1 Sự suy hao 25 1.4.2 Tạp âm Gaussian 26 1.4.3 Trải trễ 26 1.4.4 Dịch tần số Doppler 26 1.4.5 Kênh truyền fading 27 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO ĐA NGƯỜI DÙNG VÀ CÁC KỸ THUẬT MÃ HÓA ĐA TRUY CẬP 31 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 31 2.2 TỔNG QUAN KỸ THUẬT MIMO 31 2.2.1 Giới thiệu kỹ thuật MIMO 31 2.2.2 Các hệ thống thông tin không dây 32 2.2.3 Mơ hình hệ thống MIMO 34 2.2.4 Kỹ thuật phân tập 35 2.2.5 Các độ lợi hệ thống MIMO-OFDM 38 2.2.6 Ưu điểm nhược điểm hệ thống MIMO 40 2.3 KỸ THUẬT MIMO ĐA NGƯỜI DÙNG 40 2.3.1 Kênh đa người dùng 40 2.3.2 Kỹ thuật đa truy cập 42 2.4 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO KHÔNG GIAN SDMA TRONG HỆ THỐNG MU-MIMO 46 2.5 KỸ THUẬT TIỀN MÃ HÓA 48 2.5.1 Giới thiệu tiền mã hóa 48 2.5.2 Tiền mã hóa Zero-forcing 49 2.5.3 Phân bổ công suất tối ưu 52 2.6 KÊNH SVD MIMO 53 2.7 KỸ THUẬT MÃ HÓA D-SVD VÀ P-SVD 57 2.7.1 Giới thiệu 57 2.7.2 Kỹ thuật D-SVD 58 2.7.3 Kỹ thuật P-SVD 60 2.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 61 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÃ HÓA ĐA TRUY CẬP TRONG MẠNG DI ĐỘNG ĐA TẾ BÀO 63 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 63 3.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG MẠNG ĐA TẾ BÀO 63 3.3 THIẾT KẾ MA TRẬN ZF-BASED POSTCODING 65 3.4 THIẾT KẾ PRECODING TẠI NGƯỜI SỬ DỤNG 67 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 70 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 70 4.2 CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 70 4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 71 4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 73 4.4.1 Đánh giá BER hệ thống mạng đa tế bào 73 4.4.2 Đánh giá dung lượng trung bình tế bào so với SNR hệ thống mạng đa tế bào 74 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt 1G 2G 3G 3GPP Tiếng Anh First Generation Mobile Communication Network Second Generation Mobile Communication Network Third Generation Mobile Communication Network Third Generation Partnership Project FFT Fourth Generation Mobile Communication Network Advanced Mobile Phone System Additive White Gaussian Noise Block Diagonalization Basis Expansion Model Bit Error Rate Base Station Code Division Multiple Access Cyclic Prefix Channel State Information Discrete Fourier Transform Dirty Paper Coding Drect-Channel Singular Value Decomposition Fast Fourier Transform FDD Frequency Division Duplex 4G AMPS AWGN BD BEM BER BS CDMA CP CSI DFT DPC D-SVD FDM FDMA GSM Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Global System for Mobile Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba Tổ chức chuẩn hóa cơng nghệ mạng thơng tin di động tế bào Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Nhiễu Gauss trắng cộng Mơ hình mở rộng sở Tỉ lệ lỗi bit Trạm gốc Đa truy cập phân chia theo mã Tiền tố lặp Thông tin trạng thái kênh Biến đổi Fourier rời rạc Phân tích ma trận thừa số kênh trực tiếp Biến đổi Fourier nhanh Ghép kênh song công phân chia theo tần số Ghép kênh phân chia theo tần số Đa truy cập phân chia theo tần số Hệ thống thông tin di động Từ viết tắt Tiếng Anh Communication GPRS General Packet Radio Service HSPA High Speed Packet Access KKT Karush-Kuhn-Tucker ICI Inter Channel Interference Institute of Electrical and Electronics Engineers Inverse Fast Fourier Transform Inter Symbol Interference International Telecommunication Union Long Term Evolution Multiple Access Channel Multiple Input Multiple Output IEEE IFFT ISI ITU LTE MAC MIMO MISO Multiple Input Single Output MU NMT OCI Multi User Nordic Mobile Telephone Out-of-Cell Interference Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access OFDM OFDMA PAPR Peak to Average Power Ratio PCM Pulse Code Mudulation Projected-Channel Singular Value Decomposition Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Radio Frequency Single Carrier Frequency P-SVD QAM QoS RF SC-FDMA Tiếng Việt tồn cầu Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Truy nhập gói tốc độ cao Điều kiện Karush-KuhnTucker Nhiễu xuyên kênh Viện kỹ nghệ Điện Điện Tử Biến đổi Fourier nhanh ngược Nhiễu xuyên ký tự Liên hiệp Viễn thơng Quốc tế Tiến hóa dài hạn Kênh đa truy cập Đa anten phát - Đa anten thu Đơn anten phát – Đơn anten thu Đa người dùng Điện thoại di động Bắc Âu Nhiễu tế bào lân cận Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao Tỉ số công suất đỉnh cơng suất trung bình Điều chế xung mã Phân tích ma trận thừa số kênh chiếu Điều biên cầu phương Chất lượng dịch vụ Tần số vô tuyến Đa truy nhập phân chia theo Từ viết tắt Tiếng Anh Division Multiple Access Signal to Interference Noise and interference Ratio Tiếng Việt tần số đơn sóng mang Tỷ lệ tín hiệu nhiễu tạp âm SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian SER SNR Symbol Error Rate Signal to Noise Ratio SISO Single Input Single Output SIMO Single Input Multiple Output Tỷ lệ lỗi ký tự Tỷ lệ tín hiệu nhiễu Đơn anten phát - đơn anten thu Đơn anten phát - đa anten thu SINR SVD TACS Singular Value Decomposition Total Access Communication System TDD Time Division Duplex UE UL User Equipment Uplink Universal Mobile Telecommunications System User Terminal Zero Forcing UMTS UT ZF Phân tích ma trận thừa số Hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp Ghép song công phân chia thời gian Thiết bị người dùng Đường lên Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Người dùng đầu cuối Cưỡng không DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Q trình phát triển mạng thông tin di động tế bào 1.2 Mơ hình mạng 4G 10 1.3 Phổ sóng mang OFDM 13 1.4 1.5 So sánh kỹ thuật sóng mang Sơ đồ khối q trình phát thu OFDM 15 18 1.6 Cấu trúc khung liệu OFDM 22 1.7 Cấu trúc khung liệu OFDM 22 1.8 Tín hiệu băng sở khung liệu 22 1.9 Chùm tín hiệu M-QAM 23 1.10 Các tín hiệu đa đường 27 2.1 Sự khác SISO, SIMO, MISO MIMO 32 2.2 Mơ hình hệ thống MIMO 34 2.3 Kỹ thuật Beamforming 38 2.4 Ghép kênh không gian 39 2.5 Phân tập không gian giúp cải thiện SNR 40 2.6 Kênh đường xuống kênh đường lên 41 2.7 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA 42 2.8 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 43 2.9 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 44 2.10 Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA 45 2.11 Truyền dẫn đa người dùng MU transmission 46 2.12 Hệ thống truyền dẫn đa người dùng đơn giản 47 2.13 Mơ hình precoding hệ thống SDMA – OFDM 49 66 ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ , , ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ , c=1,…,C, k=1,…, ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , … , , , , … , , , , … , , , , … , , , , … , , … , , … , , (3.8) Thõa mãn điều kiện (3.4) Từ (3.6) (3.7), vấn đề (3.3) viết lại sau , , , , , , − , , (3.9) Hàm mục tiêu Lagrange thể thể ℒ = , , Lấy đạo hàm ℒ ưu , , , , , , , , , , , − , , , , ( ) − + , , (3.10) cho 0, ta thu giải pháp tối , sau: , = , , , , Trong [∙] ma trận giả nghịch đảo Moor-Penrose (3.11) 67 Thay (3.11) vào (3.2), có = , , Với Postcoding sử dụng + , , , , , (3.12) , , nhiễu liên người sử dụng OCI , loại bỏ thể (3.12) Để tối đa sum-rate tế bào, precoding dùng người sử dụng Chi tiết việc thiết kế precoding người sử dụng thực phần 3.4 THIẾT KẾ PRECODING TẠI NGƯỜI SỬ DỤNG Trong phần này, xác định ma trận precoding , để tối đa dung lượng tế bào Từ (3.12), dung lượng đường lên (uplink) thể sau: = ∑ , + , , , (3.13) Ma trận precoding xác định việc xem xét vấn đề tối ưu sau: Để tr ≤ , , , , (3.14) c=1,…, C Đặt , = , , , , ∈ℂ × , , k = 1,…, , , c = 1,…,C ma trận bán xác định dương Tối ưu vấn đề (3.14) viết lại Maximize ∑ Để tr , , ≤ , , , , (3.15) ⪰ 0, k=1,…, , + , c=1,…,C, biểu thị ma trận phân cực định nghĩa đỉnh ma trận bán xác định Hàm Lagrange cho vấn đề xác định bởi: 68 , , ∑ ,…, ≜ − ∑ , , − , k=1,…, +∑ , , , , , , , + ≥ 0, ⪰ 0, (3.16) ∈ ℂ , , × biến hờ để đảm bảo , bán xác định dương Các giá trị thực không âm , , ,c=1,…,C, ma trận bán xác định , + biến hờ để , thõa mãn hạn chế công suất người sử dụng Với việc bổ sung điều kiện hờ, điều kiện KKT (Karush-Kuhn-Tacker) thể sau: ⎧ ⎪ ⎪ , =0=− , , + , , , − , + , − , , , = 0, , = 0, ⎨ , , ⎪ , ≥ 0, , ⪰ 0, ⎪ ⎩ k = 1, … , , c = 1, … , C, (3.17) Do đó, thu = , , , Đặt = trị riêng Giả sử , , , − , , , , , , , , , , ,…, = , + , , , , = , , (3.18) ma trận đường chéo chứa giá , = , , , = đường chéo giá trị đặt biệt không âm precoding , , ,…, , ma trận Khi ma trận truyền đạt , thu sau: + , − , , , , k =1,…,K, c =1,…,C (3.19) Thay vào (3.17) ta , , = , − , , =0 (3.20) 69 Vì ma trận đường chéo đường thẳng chứa phần từ không âm đường chéo nó, suy luận − , , , Sử dụng = 0, k =1,…, , , ≥ 0, , ,n = 1,…, , , , ≥ 0, giải pháp tối ưu , , , ,c = 1,…,C (3.21) xác định sau: , = − , , … , , , , − , , , (3.22) , , Trong [ ] = max(0, ) Mức water-filling ∑ , , = xác định giới hạn công suất , , − = , , Như với việc tối ưu ma trận truyền đạt precoding trận precoding , (3.23) , , tối ưu ma ta đạt tối đa dung lượng tế bào 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương này, luận văn đưa mơ hình hệ thống mạng đa tế bào sử dụng lại tần số, xem xét kỹ thuật zero-forcing-based precoding phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống đa tế bào Cụ thể việc thiết kế ma trận ZF-based postcoding trạm gốc BS để loại bỏ nhiễu liên người sử dụng OCI tế bào, thiết kế precoding người sử dụng để nâng cao dung lượng hiệu tế bào 70 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 4.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Trong chương trước, luận văn trình bày phân tích kỹ thuật mã hóa, đồng thời đề xuất thiết kế kỹ thuật mã hóa đa truy cập mạng thông tin di động đa tế bào Các kết tính tốn mơ tiến hành để đánh giá hiệu thiết kế precoding xem xét Để nhìn nhận rõ ràng xác thực số vấn đề mà lý thuyết đề cập, chương giới thiệu chương trình mơ để minh họa cách trực quan chất lượng hiệu hệ thống với biểu đồ đánh giá BER so với SNR dung lượng trung bình (capacity) so với SNR kỹ thuật precoding postcoding đề xuất với kỹ thuật P-SVD (Projected- channel Singular Valure Decomposition) Chương trình mơ viết phần mềm Matlab, chương trình thực mô đánh giá vấn đề trọng tâm sau: - Đánh giá hiệu BER so với SNR hệ thống MIMO tế bào - Đánh giá dung lượng trung bình tế bào so với SNR hệ thống MIMO tế bào 4.2 CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Trong truyền dẫn vô tuyến, hệ thống thường đánh giá thông qua thông số sau: - BER (Bit Error Rate) tỉ lệ số bit lỗi so với tổng số tín hiệu phát BER thường tính cơng thức sau: BER = Số lượng bit lỗi/tổng số lượng bit phát 71 - SNR (Signal-to-noise ratio) giá trị sử dụng để so sánh mức tín hiệu mong muốn với mức nhiễu SNR thường tính cơng thức sau: SNR = Cơng suất tín hiệu / Cơng suất nhiễu - Lưu lượng trung bình (Average Capacity) tỉ lệ trung bình số bit gửi thành công Thông thường đo bit/channel mơ hình MIMO Trong mơ hình truyền dẫn đường lên MIMO, thơng lượng trung bình tính công thức: = + , , , , Trong chương tập trung vào mô truyền dẫn đường lên hệ thống mạng đa tế bào với tiêu chuẩn BER lưu lượng trung bình Ở tiêu chuẩn BER đánh giá độ tin cậy hệ thống Đồng thời tỉ lệ BER thấp đồng nghĩa với chất lượng tín hiệu cải thiện Lưu lượng trung bình đánh giá tốc độ truyền liệu kênh truyền 4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Bắt đầu Nhập thông số đầu vào cho mạng: NK, N_P, NC, N_Pc, N, M, N_frame, N_packet, N_trial, SNRdb 72 Index_SNR=1 N Index_SNR ≤ length(SNR) Y Tính: sigma2 Trial = Index_SNR ++ N Trial ≤ N_trial Y Trial ++ Tạo xếp lại bit, chèn CP cho ký hiệu user để phát Phân bổ công suất cho mạng thứ cấp (secondary) Phát tín hiệu: tạo bit điều chế MQAM Tạo tạp âm nhiễu Gaussian Thu tín hiệu, giải điều chế MQAM Kết thúc Phân bổ công suất cho user Tính giá trị SVD MAC Tối ưu dung lượng tổng Tạo ma trận kênh mạng (primary) Tính ma trận Post coding Vẽ đồ thị BER dung lượng theo SNR Tính tỉ lệ lỗi bit: BER, Ber_svd, Ber_Psvd, dung lượng: C, C2, C3, C4 Hình 4.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 73 4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Các thơng số cần thiết lập q trình mơ sau: Trong việc tạo đáp ứng kênh, giả sử tất kênh độc lập kênh Rayleigh fading phân bố giống BER dung lượng thu cách thực trung bình 1000 kênh ngẫu nhiên Chiều dài khối cho việc thực kênh 10000 ký hiệu điều chế 16-QAM thực Với ( , : × hình anten Trong :∑ , , ′ ′ × ′, ) thể cho đặc tính cấu : số lượng anten trạm gốc BS tế bào thứ c, : số lượng người sử dụng tế bào thứ c, người sử dụng thứ k tế bào thứ c, thứ ′, ′, ′: , : số anten trang bị cho số lượng người sử dụng tế bào : số anten trang bị cho người sử dụng thứ k tế bào thứ ′ 4.4.1 Đánh giá BER hệ thống mạng đa tế bào Hình 4.2 BER trung bình so với SNR cho MAC với điều chế 16-QAM 74 Kết mơ hình 4.2 biểu diễn tỉ lệ lỗi bit BER so với SNR hệ thống MIMO tế bào.Với cấu hình anten trạm gốc 10, người sử dụng trang bị anten, số lượng người sử dụng tăng lên tế bào tương ứng 3,4,7 BER tăng theo với kỹ thuật precoding postcoding đề xuất cho kết tốt so với kỹ thuật P-SVD tất các vùng SNR 4.4.2 Đánh giá dung lượng trung bình tế bào so với SNR hệ thống mạng đa tế bào Hình 4.3 Dung lượng trung bình so với SNR cho truyền dẫn MAC Hình 4.3 biểu diễn dung lượng trung bình tế bào so với tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) hệ thống MIMO tế bào Với , = 2, = 1,2,3 cho hai trường hợp (10:7x2:2x2) (6:3x2:2x2) Như kỳ vọng, 75 kỹ thuật đề xuất cho dung lượng cao so với kỹ thuật P-SVD cho tất vùng SNR 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày kết mô đánh BER dung lượng so với SNR hệ thống mạng MIMO đa tế bào Kết mô cho thấy với cấu hình anten trạm gốc người sử dụng kỹ thuật precoding/postcoding trình bày cho chất lượng dung lượng hệ thống đa tế bào cao so với kỹ thuật P-SVD 76 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Cùng với phát triển hệ mạng thông tin di động tế bào, tài nguyên tần số có hạn phân bổ hạn chế cho mạng di động Trước tình hình việc nghiên cứu triển khai kỹ thuật để khai thác hiệu tài nguyên tần số vấn đề cấp bách nay, đặt biệt mạng thông tin di động tế bào băng rộng Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế mã hóa đa truy cập đường lên mạng di động đa tế bào sử dụng lại tần số Với sở lý thuyết nghiên cứu trình bày, luận văn khảo sát kỹ thuật truyền dẫn đa người dùng, đa tế bào, kỹ thuật mã hóa nghiên cứu trước Zero-forcing, SVD, D-SVD, P-SVD , đồng thời đề xuất nghiên cứu vấn đề việc thiết kế mã hóa precoding postcoding cho truyền dẫn đường lên mạng di động đa tế bào cụ thể thiết kế kỹ thuật Zero-forcing base Postcoding trạm gốc MS Precoding người sử dụng Thực mô đánh giá chất lượng hệ thống MIMO đa tế bào với trạm gốc người dùng trang bị nhiều anten, so sánh BER dung lượng trung bình so với SNR kỹ thuật đề xuất so với kỹ thuật P-SVD hệ thống MIMO đa tế bào Luận văn ứng dụng kỹ thuật mã hóa đa truy cập đường lên mạng di động đa tế bào nhằm loại bỏ nhiễu liên người sử dụng tế bào nhiễu từ tế bào lân cận OCI, đồng thời nâng cao dung lượng tế bào, với kỹ thuật ta khai thác hiệu tài nguyên tần số sử dụng mạng đa tế bào cho ta thêm nhiều lựa chọn kỹ thuật mã hóa để áp dụng vào việc tối ưu mạng di động đa tế bào Kết mô với kỹ thuật mã hóa đề xuất cho chất lượng dung lượng tốt kỹ thuật P-SVD nêu đề tài Ngồi kết mơ cho ta thấy chất lượng dung lượng 77 hệ thống phụ thuộc vào thay đổi số lượng anten trạm gốc BS số lượng người sử dụng Luận văn tiến hành mô đánh giá BER dung lượng trung bình theo SNR cho thấy hiệu kỹ thuật mã hóa đề xuất so với kỹ thuật P-SVD Vì hướng phát triển đề tài là: Tiếp tục tiến hành mô so sánh với nhiều kỹ thuật mã hóa liên quan khác với mức điều chế khác như: QPSK, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM,…,đồng thời thay đổi số lượng anten BS MS, tăng số lượng tế bào mạng 78 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS Nguyễn Lê Hùng (2010), Giáo Trình Thơng Tin Di Động, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [2] Nguyễn Tấn Thành (2013), Nghiên cứu số kỹ thuật đa truy cập phân chia theo không gian SDMA thông tin vô tuyến, Luận văn Điện tử - Viễn thông Tiếng Anh [3] A Wiesel, Y C Eldar and S Shamai (Sep 2008), “Zero forcing precoding and generalized inverses”, IEEE Trans On signal Process., vol 56, no 9, pp 4409-4418 [4] Bhaskar Rao, “Linear Precoding in MIMO Wireless System”, Center For Wireless Communications, University of California, San Diego [5] David G Ainscough, “The Evolution and Future of Mobil communication Systems” [6] David Tse (2004), “Fundamentals of Wireless communication”, University of California, Berkeley Pramode Viswanath, University of Illinois, Urbana-Champaign [7] Digital Modulation Techneques, Chapter [8] G H Golub and C F van Loan (1996), “Matrix computations (3 Ed.)”, Johns Hopkins University Press [9] H Zhang and H Dai (2004), “Cochannel interference mitigation and cooperative processing in downlink multicell multiuser MIMO networks”, EURASIP J Appl Signal Process., vol 2, pp 222-235 [10] Hayssam Dahrouj, and Wei Yu (May 2010), “Coordinated Beamforming for the Multicel Multi-Antenna Wireless System”, IEEE Trans Wireless Commun., voll 9, no 5, pp 1748-1759 79 [11] L Venturino, N Prasad, and X Wang (Apr 2010), “Coordinated linear beamforming in downlink multi-cell wireless networks”, IEEE Trans Inf Theory, vol 9, no 4, pp 1451-1461 [12] Lee, Boyong Ok (2009), “A novel uplink MIMO transmission scheme in a multicell environment.” IEEE Trans Wireless Commun., vol 8, no 10, pp 4981-4987 [13] M H M Costa (May 1983), “Writing on dirty paper”, Trans Inf Theory, vol 29, no 3, pp 439-441 [14] M Rahman, and H Yanikomeroglu, F Facchinei, and J S Pang (April 2010), “Enhancing cell-edge performance: a downlink dynamic interference avoidance scheme with inter-cell coordination”, IEEE Trans Wireless Commun., vol 9, no 4, pp 1414-1425 [15] M Karakayali, G Foschini, and R Valenzuela (Aug 2006), “Network coordination for spectrally efficient communications in cellular system”, IEEE Wireless Commun Mag., vol 13, no 4, pp 56-61 [16] Muhammad Razin Ibn Azad (29 May, 2012), “Multiple Antenna Technique (MIMO)”, Helsinki Metropolia University of Applied Sciences, Bachelor of Engineering, Information Technology, Thesis [17] Q H Spencer, A lee Swindlehurst, and M Haardt (Feb 2004), “zeroforcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels”, IEEE Trans Signal process., vol 52, no 2, pp 461-471 [18] R Zhang and Y.-C Liang (2008), “Exploiting multi-antennas for opportunistic spectrum sharing in cognitive radio networks”, J Sel Topics Signal Processing, vol 2, no 1, pp 88-102 [19] T Yoo and A Goldsmith (March 2006), “On the optimality of 80 multinatenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming”, IEEE J Sel Areas commun, vol.24, no 3, pp 528541 [20] Yong Soo Cho, Jae Kwon Kim, Won Young Yang, Chung – Gu Kang, “MIMO – OFDM Wireless Communications With Matlab”, John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd ... ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN ĐÌNH THẮNG THIẾT KẾ MÃ HĨA ĐA TRUY CẬP TRONG MẠNG DI ĐỘNG ĐA TẾ BÀO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học :... với kỹ thuật SVD [12], [18], nghiên cứu chọn đề tài ? ?Thiết kế mã hóa đa truy cập trọng mạng di động đa tế bào? ?? thực vấn đề việc thiết kế precoding postcoding cho truy? ??n dẫn đường lên hệ thống đa. .. ĐA TRUY CẬP TRONG MẠNG DI ĐỘNG ĐA TẾ BÀO 63 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 63 3.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG MẠNG ĐA TẾ BÀO 63 3.3 THIẾT KẾ MA TRẬN ZF-BASED POSTCODING 65 3.4 THIẾT KẾ