Khoa viễn thông 1 ĐỒ Án tốt nghiệP ĐẠi họC



tải về 5.22 Mb.
trang9/11
Chuyển đổi dữ liệu05.12.2017
Kích5.22 Mb.
#3884
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

2.8. Ghép kênh không gian


Việc sử dụng nhiều anten ở cả phía thu và phía phát được coi như là một cách để cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp âm/nhiễu và phân tập chống lại fading so với việc chỉ sử dụng nhiều anten ở phía phát hoặc phía thu. Đó có thể được gọi là ghép kênh không gian, cho phép tận dụng hiệu quả hơn tỷ số tín hiệu trên tạp âm/nhiễu và tốc độ dữ liệu tăng lên đáng kể qua giao diện vô tuyến.

2.8.1. Nguyên lý cơ bản


Từ các phần trước có thể thấy rõ là kỹ thuật đa anten ở phía thu và phía phát giúp cải thiện tỷ số tín hiệu trên tạp âm phía thu tương ứng với số lượng anten bằng cách áp dụng kỹ thuật tạo búp sóng ở phát và thu.Trong trường hợp tổng quát với Nt an ten phát và Nr anten thu, tỷ số tín hiệu trên tạp âm có thể tăng lên tương ứng với Nt xNr , và cho phép tăng tốc độ dữ liệu với giả thiết băng thông

không giới hạn. Tuy nhiên, nếu trong trường hợp băng thông bị giới hạn trong dải hoạt động thì tốc độ dữ liệu sẽ bão hòa khi băng thông không thể tăng được nữa.

Để hiểu về bão hòa tốc độ dữ liệu, xem xét biểu thức cơ bản về dung lượng kênh chuẩn hóa sau đây:

(2.62)

Bằng phương pháp tạo búp, tỷ số S/N có thể tăng tương ứng với Nt x Nr.. Nhìn chung, khi x nhỏ. Tức là với S/N thấp, dung lượng kênh sẽ tăng theo tỷ số S/N. Với x lớn, , tức là với S/N lớn thì dung lượng kênh sẽ tăng theo hàm logarithm của S/N.

Tuy nhiên, trong trường hợp nhiều anten phát và anten thu ở một điều kiện cụ thể, ta có thể tạo ra NL= min (Nt, NR) kênh song song (công suất tín hiệu được chia ra cho mỗi kênh) với tỷ số tín hiệu trên tạp âm giảm xuống NL lần. Dung lượng mỗi kênh được tính như sau:

(2.63)

Khi đó, dung lượng tổng đối với mỗi cấu hình đa anten được xác định như sau:



(2.64)



Hình 2.19. Cấu hình anten 2x2

Do đó, trong những điều kiện cụ thể nào đó, dung lượng kênh có thể tăng tuyến tính với số lượng anten, tránh khỏi bị bão hòa tốc độ dữ liệu. Đó được gọi là ghép kênh không gian. Thuật ngữ xử lý anten MIMO thường hay được sử dụng mặc dù thuật ngữ này dùng chung cho tất cả trường hợp đa anten phát và thu, bao gồm cả phân tập phát và thu.

Để hiểu được nguyên lý cơ bản mà các kênh song song được tạo ra, ta xem xét cấu hình 2x2 anten bao gồm 2 anten phát và 2 anten thu và giả thiết là tín hiệu được phát chỉ bị ảnh hưởng bởi fading phẳng và nhiễu trắng, tức là không có tán thời kênh vô tuyến.

Dựa trên hình 2.19, tín hiệu thu có thể được biểu diễn như sau:



(2.65)

Trong đó H là ma trận kênh 2x2. Giả thiết không có tạp âm và ma trận H khả đảo, vector và tín hiệu x1 và x2 có thể được phục hồi hoàn toàn ở phía thu mà không có nhiễu giữa các tín hiệu bằng cách nhân vector thu với ma trận W= H-1



(2.66)

Biểu thức này được minh họa trong hình 2.20





Hình 2.20. Thu tuyến tính/Giải ghép kênh các tính hiệu được ghép không gian

Mặc dù vector có thể được phục hồi hoàn toàn trong trường hợp không có tạp âm, miễn là ma trận H khả đảo, (2.66) cũng chỉ ra rằng các đặc tính của H cũng quyết định phạm vi nào mà việc giải điều chế hai tín hiệu sẽ làm tăng mức tạp âm.

Để hiểu về ma trận H thì ta cũng phải hiểu rằng tín hiệu phát đi từ hai anten phát sẽ gây nhiễu cho nhau. Hai anten thu có thể được sử dụng để thực hiện sơ đồ IRC, bản chất là để triệt nhiễu của tín hiệu từ anten thứ nhất lên anten thứ hai và ngược lại. Các hàng của ma trận W thực hiện chức năng này.

Trong trường hợp tổng quát, cấu hình đa anten sẽ bao gồm NT anten phát và NR anten thu. Số lượng tín hiệu song song có thể được ghép kênh không gian sẽ lớn hơn NL=min (NT, NR). Có thể hiểu được bằng trực giác là:

Hiển nhiên sẽ không thể có nhiều hơn NT tín hiệu được có thể được phát đi từ NT anten phát, tức là số lượng tín hiệu được ghép kênh lớn nhất là NT.

Với NR anten thu, số lượng tín hiệu nhiễu có thể bị triệt tiêu lớn nhất là NR-1, tức là số lượng tín hiệu được được ghép lớn nhất là NR.





Hình 2.21. Ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa

Tuy nhiên, số lượng các tín hiệu được ghép không gian hay còn gọi là bậc ghép kênh không gian, sẽ nhỏ hơn NL trong những trường hợp sau đây :

Trong điều kiên kênh xấu (tỷ số tín hiệu/ tạp âm thấp) thì ghép kênh không gian không có lợi vì dung lượng kênh là một hàm tuyến tính với tỷ số tín hiệu/ tạp âm. Trong trường hợp này, sử dụng đa anten phát và thu cho tạo búp sóng để cải thiện tỷ số tín hiệu/ tạp âm hơn là ghép kênh.

Trong nhiều trường hợp, bậc ghép không gian được xác định dựa trên các thuộc tính của ma trận kênh kích thước NR xNT. Những anten thừa sẽ được sử dụng để tạo búp sóng. Sự kết hợp giữa tạo búp sóng và ghép kênh không gian có thể đạt được ghép kênh dựa trên tiền mã hóa.


2.8.2. Ghép kênh dựa trên tiền mã hóa


Tiền mã hóa tuyến tính trong ghép kênh không gian tức là xử lý tuyến tính bằng ma trận tiền mã hóa kích thước NT x NL được áp dụng ở phía phát như được minh họa trong hình 2.21 trong trường hợp tổng quát NL bằng hoặc nhỏ hơn NT, tức là NL tín hiệu được ghép kênh và được phát đi bởi NT anten.

Chú ý là ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa có thể được coi là tổng quát cho tạo búp dựa trên tiền mã hóa với vector tiền mã hóa có kích thước NT x 1 thay cho NT x NL.

Tiền mã hóa trong hình 2.21 có thể vì hai mục đích sau:

Trong trường hợp số tín hiệu ghép không gian bằng số anten phát (NL = NT), tiền mã hóa được sử dụng để “trực giao” các luồng song song, cho phép tăng cường cách ly tín hiệu ở phía thu.





Hình 2.22. Trực giao hóa tín hiệu ghép không gian thông qua tiền mã hóa.
là giá trị eigen thứ i của ma trận HHH

Trong trường hợp số tín hiệu ghép nhỏ hơn số anten phát NL < NT, tiền mã hóa được sử dụng để sắp xếp NL tín hiệu ghép kênh lên NT anten phát bao gồm cả ghép kênh không gian và tạo búp sóng.

Để xác nhận rằng tiền mã hóa có thể tăng cường cách ly các tín hiệu ghép kênh, ta biểu diễn ma trận kênh H dưới dạng SVD

(2.67)

Trong đó, từng cột của V và W tạo nên một tập trực giao và là một ma trận NL x NL với các giá trị đặc trưng NL của HHH là phần tử trên đường chéo. Bằng cách áp dụng ma trận V là ma trận tiền mã hóa ở phía phát và ma trận WH ở phía thu. Nếu ma trận kênh tương ứng là ma trận đường chéo thì sẽ không có nhiễu giữa các tín hiệu ghép kênh ở phía thu. Đồng thời, nếu cả V và W có các cột trực giao, công suất phát cũng như mức độ nhiễu bộ giải điều chế (giả thiết là nhiễu trắng) được thay đổi.

Nói một cách rõ ràng hơn, trong trường hợp tiền mã hóa, mỗi tín hiệu thu sẽ có mức chất lượng nào đó, phụ thuộc vào giá trị đặc trưng của ma trận kênh. Điều này chỉ ra lợi ích tiềm tàng của việc áp dụng sự tương thích kết nối động trong miền không gian, tức là lựa chọn tương ứng tỷ lệ mã hóa hoặc sơ đồ điều chế cho mỗi tín hiệu được truyền đi.

Trong thực tế, ma trận tiền mã hóa không bao giờ tương ứng với ma trận kênh một cách hoàn hảo, vì luôn có nhiễu giữa các tín hiệu ghép không gian. Nhiễu này có thể được xử lý bằng cách thêm vào bộ thu chức năng xử lý tuyến tính hoặc phi tuyến..





Hình 2.23. Truyền dẫn một từ mã (a) và đa từ mã (b)

Để xác định ma trận tiền mã hóa V, cần phải biết về ma trận kênh H. Tương tự như tạo búp sóng dựa trên bộ tiền mã hóa, cách tiếp cận chung là ước tính kênh ở phía thu và quyết định ma trận tiền mã hóa phù hợp từ một tập các ma trận tiền mã hóa khả dụng (codebook). Phía thu sau đó sẽ phản hồi lại thông tin về ma trận tiền mã hóa đã lựa chọn ở phía phát.


2.8.3. Xử lý bộ thu phi tuyến


Phần trước đã mô tả về cách sử dụng việc xử lý tuyến tính để phục hồi tín hiệu ghép kênh không gian. Tuy nhiên, để tăng hiệu suất giải điều chế thì có thể áp dụng xử lý bộ thu phi tuyến.

Để tối ưu bộ thu có thể sử dụng thuật toán tách sóng ML (Khả năng giống nhất). Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thì thuật toán này khá phức tạp. Do vậy, một số phương án được đề xuất để giảm thiểu độ phức tạp.

Một phương pháp phi tuyến khác cho giải điều chế tín hiệu ghép kênh không gian là sử dụng SIC (Triệt nhiễu thành công). SIC yêu cầu các tín hiệu đưa vào phải được mã hóa riêng biệt trước khi ghép kênh không gian. Do vậy thường được gọi là truyền dẫn đa từ mã. Ngược lại với truyền dẫn đa từ mã là truyền dẫn một từ mã, trong đó các tín hiệu ghép kênh được mã hóa cùng nhau.Nó có thể được hiểu một cách tổng quan là dữ liệu xuất phát từ một nguồn nhưng sau đó sẽ được giải ghép kênh thành các tín hiệu khác nhau để có thể ghép không gian trước khi mã hóa kênh.

Như trong hình 2.24 đã chỉ ra, với SIC, trước tiên máy thu sẽ giải điều chế và giải mã từng tín hiệu ghép không gian thứ nhất. Dữ liệu sau khi được giải mã chính xác sẽ được mã hóa lại và loại trừ dần trong tín hiệu thu. Do đó, tín hiệu ghép thứ hai có thể được giải điều chế và giải mã mà không bị nhiễu từ tín hiệu thứ nhất (ít nhất là trong trường hợp lý tưởng). Sau đó dữ liệu được giải mã chính xác của tín hiệu thứ hai sẽ được mã hóa lại và trừ dần trong tín hiệu thu trước khi giải mã tín hiệu thứ ba. Các bước cứ thế được tiếp tục thực hiện cho đến khi tất cả các tín hiệu được giải điều chế và giải mã.





Hình 2.24. Giải ghép kênh/giải mã tín hiệu ghép không gian dựa trên SIC

Rõ ràng là với SIC, tín hiệu đầu tiên được giải mã sẽ ở mức nhiễu cao hơn so với các tín hiệu được giải mã sau này. Như vậy, để thực hiện một cách chính xác hơn thì tín hiệu được giải mã trước phải mạnh hơn những tín hiệu sau. Với giả thiết truyền dẫn đa từ mã như hình 2.23b, điều này có thể thực hiện được bằng cách áp dụng các sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã hóa khác nhau đối với các tín hiệu khác nhau. Sơ đồ điều chế bậc thấp, tỷ lệ mã hóa thấp tức là tốc độ dữ liệu thấp sẽ được áp dụng cho tín hiệu được giải mã trước. Kỹ thuật này thường được gọi là Điều khiển tỷ lệ trên anten PARC.



Каталог: file -> downloadfile8
downloadfile8 -> Giáo viên hướng dẫn : gs. Ts. Phan Hữu Tôn
downloadfile8 -> Nguyễn Ngọc Thùy Linh
downloadfile8 -> Khái niệM, phân loạI
downloadfile8 -> Phần mở ĐẦu lý do chọn đề tài
downloadfile8 -> ĐỒ Án tốt nghiệP
downloadfile8 -> Dân số, môi trường và môi trường trong những năm gần đây đã trở thành mối quan tâm của nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế
downloadfile8 -> Báo Cáo Thực Tế Môi Trường
downloadfile8 -> ChẩN ĐOÁn tâm lý Ths. Phạm Thị Xuân Cúc
downloadfile8 -> Câu 1: Phân tích khái niệm, đối tượng nghiên cứu và cơ cấu của xhh?Lấy ví dụ minh họa?
downloadfile8 -> Luận văn Ảnh hưởng của mô hình nuôi xen ghép nước lợ ở các vùng triều khác nhau lên tốc độ tăng trưởng của tôm sú (Penaeus monodon) và sự biến động của một số yếu tố môi trường phầN 1

tải về 5.22 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2022
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương