Luận Văn Cải tiến mã OSTBC trong hệ thống MIMO

Cải tiến mã OSTBC trong hệ thống MIMO
1.1. Lý do chọn đề tài
Một hạn chế quan trọng trong thông tin không dây là ảnh hưởng của hiện tượng fading, trong đó kênh truyền tín hiệu bị suy giảm nghiêm trọng, dẫn đến tín hiệu rất xấu và thông tin bị sai nhiều. Bằng cách dùng nhiều hơn một ăn-ten phát hay thu, hình thành một kênh nhiều đầu vào nhiều đầu ra (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO), ta có được các phương pháp phân tập, ví dụ như phân tập không gian hay phân tập thời gian. Việc tăng tính phân tập MIMO sẽ giúp giảm xác suất sai.

Alamouti [1] là loại mã không gian thời gian (space time block code – STBC) đầu tiên được giới thiệu và từ đó nhiều loại mã STC khác đã được đề nghị. Người ta có thể xem xét hai họ STBC chính; STBC trực giao (OSTBC) và giả trực giao (QSTBC). Mỗi họ này có ưu điểm và nhược điểm riêng và hiệu quả của chúng cũng khác nhau tùy thuộc vào thông số của hệ thống như là tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) và tốc độ dữ liệu. Nói chung, OSTBC không thể đạt tốc độ toàn phần đối với nhiều hơn hai ăn-ten phát trong khi dùng nhiều bộ giải mã maximum likelihood (ML) đơn giản tại đầu thu. QSTBC đạt được tốc độ truyền toàn phần đối với bất kỳ số lượng ăn-ten phát nhưng phải chịu sự thực hiện giải mã ML rất phức tạp. Trong một hệ thống dữ liệu tốc độ cao cả hai phương pháp đều không tối ưu; trong đó OSTBC tốc độ cao yêu cầu kích thước chòm sao cao hơn để trả giá cho tỉ lệ mất mát di truyền của mã, trong khi QSTBC dẫn đến khó khăn với thiết kế giải mã ML trong khi nhu cầu của nó là thực hiện giải mã đơn giản, không phải là giải mã ML phức tạp như vậy. Do đó cả hai sơ đồ mã hóa này đều dẫn đến một hiệu suất kém trong một hệ thống dữ liệu tốc độ cao. Trong luận văn này tác giả đề xuất một mã OSTBC điều chỉnh, đơn giản dùng một phần của từ mã OSTBC gốc, nhưng cho tốc độ truyền toàn phần. Phần từ mã bỏ đi có thể được khôi phục bằng cách áp dụng vài quá trình xử lý thêm dữ liệu thu được. Phương pháp mới này cơ bản có thể đạt tỉ lệ mã toàn phần mà không bị phạt bởi việc giải mã rất phức tạp.

1.2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Cải tiến mã OSTBC trong hệ thống MIMO nhằm đạt code rate là 1 và có quá trình giải mã không quá phức tạp.
Mô phỏng kết quả của phương pháp cải tiến bằng phần mềm mô phỏng Matlab. Vẽ đồ thị tỷ số lỗi ký tự (Symbol Error Rate – SER) tương ứng với các thông số tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu (Signal to Noise Ratio – SNR) khác nhau.
1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Trong luận văn này tác giả tập trung vào hệ thống MIMO dùng mã OSTBC với 4 ăn-ten phát, 1 ăn-ten thu, dùng các kiểu điều chế khác nhau (M-QPSK và M-QAM) để vẽ đồ thị xác định tỷ lệ lỗi ký tự ứng với các mức tỉ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu khác nhau. Hệ thống được giới hạn trong trường hợp thông tin về trạng thái kênh truyền (channel state information: CSI) là biết trước và trong kênh truyền giả tĩnh (quasi-static) có fading Rayleigh.

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Luận văn này trình bày phương thức cải tiến mã khối không gian thời gian trực giao hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong hệ thống truyền thông không dây do hiệu quả phân tập của nó cũng như việc giải mã đơn giản tại đầu thu khi ứng dụng thuật toán giải mã Maximum Likelihood.

Việc cải tiến mã khối không gian thời gian trực giao trong hệ thống MIMO sẽ giúp tăng tốc độ truyền dẫn của loại mã này từ tốc độ truyền dẫn nhỏ hơn 1 lên thành 1, nhờ vậy có thể ứng dụng hiệu quả loại mã cải tiến trong các hệ thống MIMO cần truyền dữ liệu tốc độ cao.

1.4. Bố cục của luận văn
Luận văn được tác giả chia thành năm chương gồm:

Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phương pháp cải tiến mã khối không gian thời gian trực giao trong hệ thống MIMO
Chương 4: Mô hình và kết quả mô phỏng
Chương 5: Kết luận