Nghiên cứu kỹ thuật điều chế không gian vi sai

- Nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM.
- Nguyên lý tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM.
- Nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát của hệ thống truyền dẫn MIMO-DSM.
- Nguyên lý tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO-DSM 45 3.4.
- Phẩm chất tín hiệu của MIMO-DSM 2x4 và sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK.
- Đánh giá phẩm chất tín hiệu của kỹ thuật MIMO-DSM.
- 59 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, các kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật xử lý tín hiệu mới tập trung chủ yếu trên miền không gian-thời gian, nổi lên hiện nay đó là hệ thống truyền dẫn MIMO.
- Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn TÓM TẮT Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngày càng nhiều kỹ thuật truyền dẫn và phương thức điều chế tín hiệu mới được sử dụng.
- Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu kỹ thuật điều chế tín hiệu phía phát và tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM dựa trên nền tảng là kỹ thuật điều chế không gian SM.
- KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ KHÔNG GIAN SM Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật điều chế không gian MIMO-SM, mô hình hệ thống truyền dẫn MIMO-SM, nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát vŕ tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian SM, những ưu điểm của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM.
- KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ KHÔNG GIAN VI SAI DSM trình bày tổng quan về kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM, mô hình hệ thống truyền dẫn không gian vi sai, nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát và tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM.
- Sơ đồ các bộ tách tín hiệu MIMO-SDM.
- Sơ đồ khối bộ tách tín hiệu vi sai của kỹ thuật điều chế.
- Phẩm chất tín hiệu của MIMO-DSM cấu hình 2x4, điều chế BPSK.
- Hiệu suất của bộ tách tín hiệu vi sai DSM và bộ tách tín hiệu đồng bộ SM khi sử dụng BPSK tại N = 2, M = 1, 2 và 4.
- Việc nghiên cứu kênh truyền vô tuyến trong mô hình thông tin vô tuyến có tầm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn tín hiệu.
- Tín hiệu sau mã hóa nguốn đến mã hóa kênh sẽ được điều chế để có thể truyền đi xa.
- Tín hiệu được giải mã và thu lại tại máy thu.
- (1.2) Trong đó: Pr: Công suất tín hiệu thu được (W) PT: Công suất phát (W) GR: Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng) GT: Độ lợi anten phát λ: Bước sóng của sóng mang (m) R: Bán kính truyền sóng vô tuyến (m).
- Theo phương trình (1.8) đã biểu thị tín hiệu thu được khi truyền qua kênh MIMO.
- Do truyền dẫn nhiều luồng dữ liệu đồng thời, dẫn đến cần tăng độ phức tạp xử lý tín hiệu ở máy thu.
- Hình 1.11 mô tả quá quá trình truyền tín hiệu trong hệ thống MIMO sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo không gian.
- Ta nhận thấy, tín hiệu nhận được từ anten thu thứ k là k k k N k N ky s h s h s h z.
- Giả sử tín hiệu s(t) được truyền qua môi trường fading Rayleigh tới máy thu sử dụng phân tập không gian với M nhánh phân tập.
- Sau khi tách sóng cao tần, tín hiệu thu được tại nhánh phân tập thứ k ∈{1, 2.
- Hình 1.15: Mô hình kênh MIMO-STC Trong mô hình kênh MIMO-STC vector tín hiệu phát s = {s1, s2.
- Việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn MIMO được thực hiện bằng việc truyền nhiều luồng tín hiệu từ nhiều anten khác nhau trong hệ thống anten của MIMO.
- Thứ nhất: Trong hệ thống MIMO thông thường, các anten được sử dụng để truyền đồng thời nhiều luồng tín hiệu, điều này khác với kỹ thuật điều chế không gian SM đó là chỉ cần một anten phát được sử dụng cho việc truyền tín hiệu ở bất cứ thời điểm nào.
- Sau khi tín hiệu được điều chế không gian sẽ được truyền qua một tuyến cao tần (thông qua một anten) để truyền dữ liệu.
- 24 Như vậy, kỹ thuật điều chế không gian SM kết hợp với kỹ thuật điều chế số và đa anten để đạt được việc truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống, đảm bảo được phẩm chất của tín hiệu và chất lượng dịch vụ.
- nh (2.3) Tại phía thu, thu được vector tín hiệu y(k) được biểu diễn như sau.
- y h x z (2.5) Như vậy, vector tín hiệu bên thu y(k) được xác định thông qua các vector tín hiệu xtruyền qua kênh truyền hcó sự tác động của vector tạp âm z(k) như công thức (2.5) được gọi là mô hình kênh của hệ thống MIMO-SM tổng quát.
- Tín hiệu phát ra bởi các anten sau đó qua kênh vô tuyến.
- Nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM Các kỹ thuật điều chế truyền thống như BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM… ánh xạ một số cố định các bit thông tin thành một symbol.
- Trong mô hình của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM sử dụng một khối các bits thông tin sẽ được ánh xạ lên hai thành phần mang thông tin đó là miền tín hiệu (chòm sao tín hiệu phụ thuộc vào loại điều chế số) và miền không gian (vị trí anten phát khối bits thông tin đó).
- Trong đó, các tín hiệu được điều chế thuộc sơ đồ chòm sao ba chiều, kết hợp giữa tín hiệu và vị trí không gian.
- Sau đó, tín hiệu được điều chế không gian sẽ được truyền qua một tuyến cao tần (thông qua một anten).
- log2(M): số bit cần thiết để xác định một symbol trong sơ đồ chòm sao tín hiệu sử dụng các kỹ thuật điều chế M-QAM/M-PSK.
- Số bit này sẽ được đưa tới khối điều chế không gian để ánh xạ sang vector x(k) và qua bộ biến đổi nối tiếp/song song S/P (Serial/Parallel) để chia thành hai luồng bit: luồng chứa log2(N) bit để sử dụng cho việc chọn anten kích hoạt, truyền dữ liệu, các anten còn lại không hoạt động trong khoảng thời gian truyền tín hiệu này.
- Luồng chứa log2(M) bit để sử dụng cho việc chọn một symbol trong sơ đồ chòm sao tín hiệu.
- Cách thứ nhất là thay đổi phương thức điều chế tín hiệu (sử dụng M-QAM/M-PSK hoặc BPSK) và cách thứ hai thay đổi phương thức điều chế không gian (như phương thức điều chế SSK.
- Quá trình ánh xạ tín hiệu Đối với hệ thống truyền dẫn MIMO-SM, để đạt được tốc độ truyền dẫn là 3 [bpcu] thì hệ thống truyền dẫn này có thể sử dụng các cấu hình như sau: sử dụng cấu hình MIMO-SM 4x4 BPSK hoặc cấu hình MIMO-SM 2x4 4-QAM… Xét hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian SM, cấu hình MIMO-SM 4x4 BPSK [13].
- Hình 2.5 thể hiện quá trình ánh xạ vector tín hiệu q(k) sang vector tín hiệu x(k) thông qua bộ điều chế không gian.
- Giả sử bên phát cần truyền đi chuỗi bit “000”, tín hiệu đi qua khối điều chế không gian, ánh xạ x(k) nhận được là x(k.
- Tiếp tục, nếu bên phát cần truyền đi chuỗi bit “011”, tín hiệu đi qua khối điều chế không gian, ánh xạ x(k) nhận được là x(k.
- Bảng ánh xạ điều chế không gian với tốc độ 3[bpcu] sử dụng phương thức điều chế BPSK và 4 anten phát Xét hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian SM, cấu hình MIMO-SM 2x4, kỹ thuật điều chế số 4-QAM [13]: như đã nói ở trên thì thì tốc độ truyền dẫn này cũng có thể đạt được khi sử dụng phương thức điều chế tín hiệu và phương thức điều chế không gian khác.
- Hình 2.6 là bảng ánh xạ vector tín hiệu q(k) sang vector tín hiệu x(k) thông qua bộ điều chế không gian và quá trình ánh xạ thực hiện cũng tương tự như hệ thống truyền dẫn MIMO-SM sử dụng cầu hình MIMO-SM 4x4 BPSK chỉ khác về cấu hình kênh MIMO-SM và phương thức điều chế.
- Bảng ánh xạ điều chế không gian với tốc độ 3[bpcu] sử dụng phương thức điều chế 4-QAM và 2 anten phát  Quá trình mã hóa Khi vector tín hiệu q(k) cần truyền đi thì sẽ được ánh xạ sang vector x(k) nhờ vào bảng ánh xạ của khối điều chế không gian.
- Sơ đồ mã hóa SM cho lần sử dụng kênh thứ hai Quá trình điều chế không gian tại phía phát trước khi tín hiệu được phát vào môi trường vô tuyến qua anten được thực hiện theo sơ đồ như sau: 34 Hình 2.10.
- Nguyên lý tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO-SM Như đã phân tích ở trên, vector q(k) qua bộ điều chế không gian sẽ ánh xạ sang vector x(k).
- Với ma trận H được biết trước, khi bên thu nhận được tín hiệu y(k), bên thu thực hiện ước lượng vị trí anten phát và symbol điều chế số được phát tại anten trên.
- Vì vậy, bộ tách tín hiệu này chỉ được sử dụng trong một số điều kiện kênh giả định.
- Bộ tách tín hiệu tối ưu Bộ tách tín hiệu tối ưu (Optimal Dectection) sử dụng cho hệ thống MIMO-SM được định nghĩa dựa trên nguyên lý tách tín hiệu tối ưu ML.
- Bộ tách tín hiệu tối ưu 37 này thực hiện việc ước lượng đồng thời cả chỉ số anten phát và symbol điều chế số.
- Độ phức tạp của bộ tách tín hiệu mà Mesleh et at [13] đưa ra (bộ tách tín hiệu cận tối ưu) đó là.
- Vì vậy, một giải pháp khác được đưa ra khi thiết kế hệ thống trong trường hợp kênh biến đổi nhanh đó là sử dụng tín hiệu vi sai [14].
- Việc nghiên cứu, thiết kế 40 tín hiệu vi sai cho SM sẽ được phát triển thành mô hình truyền dẫn SM vi sai.
- Trong kỹ thuật điều chế không gian DSM yêu cầu anten phát là khác nhau tại mỗi khoảng thời gian truyền của ma trận tín hiệu phát.
- Sau khi đã được mã hóa vi sai, ma trận tín hiệu phát sẽ được phát đi qua kênh MIMO.
- Ma trận tín hiệu phát S cần thỏa mãn điều kiện chỉ có duy nhất một anten được phát trong khoảng thời gian truyền thứ t.
- Sau đó, ma trận tín hiệu phát sẽ được phát đi qua kênh MIMO.
- Xét một không gian tín hiệu phátcủa DSM được biểu diễn như sau s.
- (3.2) Với là chòm sao tín hiệu của điều chế 2b - PSK.
- Nếu không gian tín hiệu phát có 22b+1 phần tử thì chúng ta có thể ánh xạ một chuỗi (2b+1) bits vào ma trận tín hiệu phát S với b bit được ánh xạ vào symbol đầu tiên s1, b bit còn lại được ánh xạ vào symbol thứ hai s2 và một bit bên trái được dùng để xác định anten nào được phát symbol si (i = 1, 2) trong khoảng thời gian tj (j = 1, 2).
- Bảng ánh xạ của kỹ thuật truyền dẫn vi sai DSM sử dụng điều chế BPSK với tốc độ truyền dẫn đạt được 1,5 [bpcu] Chuỗi bit đầu vào Khoảng thời gian thứ nhất Khoảng thời gian thứ hai Ma trận tín hiệu phát S Chỉ số anten Symbol Chỉ số anten Symbol .
- Nguyên lý điều chế tín hiệu phía phát của hệ thống truyền dẫn MIMO-DSM Xét hệ thống truyền dẫn vi sai DSM trong trường hợp N = 2, T = 2.
- Giả thiết rằng ma trận tín hiệu phát S sẽ được phát đi trong khoảng thời gian 2t và 2t + 1.
- Sơ đồ khối của nguyên lý tạo tín hiệu phía phát của kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM được mô tả như hình 3.2.
- Thứ hai: Thực hiện việc ánh xạ chuỗi bit (2b + 1) đã được nhóm lại ở bước thứ nhất thành ma trận tín hiệu phát X(t+1) và X(t+1) là một phần tử của không gian tín hiệu phát.
- Thứ ba: Thực hiện tính toán để xác định ma trận tín hiệu phát S(t+1) thực tế sẽ được phát đi thông qua phương trình sau: S(t+1.
- S(t)X(t+1) (3.5) Trong đó, S(t) và X(t+1) đều thuộc không gian tín hiệu phát  do đó 1tS [14.
- Thứ tư: Ma trận tín hiệu phát S(t+1) sẽ được phát đi trong khoảng thời gian 2t + 2 và 2t + 3.
- Quá trình mã hóa và phát tín hiệu được thực hiện như sau.
- 3 bit đã được nhóm lại ở bước thứ nhất sang ma trận tín hiệu phát X(t+1) và X(t+1) là một phần tử của không gian tín hiệu phát.
- S S X - Thứ tư: Ma trận tín hiệu phát S(1) sẽ được phát đi trong khoảng thời gian 2 và thứ 3.
- Ma trận tín hiệu phát ra anten trên thực tế S(t) 1001.
- Nguyên lý tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO-DSM Sau khi thực hiện việc tạo tín hiệu phát đi tại bên phát, ma trận tín hiệu phát sẽ được phát đi qua kênh MIMO theo nguyên lý hoạt động của kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM.
- Giả thiết, tại khoảng thời gian thứ 2t và 2t + 1, bên thu nhận được tín hiệu thu Y(t) và tại khoảng thời gian thứ 2t +2 và 2t +3 bên thu nhận được tín hiệu thu Y(t+1).
- Sơ đồ khối bộ tách tín hiệu vi sai của kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM Khi này, bộ tách tín hiệu tối ưu ML được sử dụng để tách tín hiệu và quá trình tách tín hiệu được mô tả như sau.
- Các giá trị  21X 1 2biiđược lấy từ không gian tín hiệu phát.
- Do đó, MED của chòm sao tín hiệu eff được xác định như sau.
- ĐÁNH GIÁ PHẨM CHẤT CỦA KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ KHÔNG GIAN SM Trong trường hợp đánh giá phẩm chất tín hiệu của kỹ thuật điều chế không gian SM thì ta có thể giả thiết như sau.
- Đánh giá hiệu suất của hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng điều chế không gian trong tốc độ truyền dẫn 3[bpcu] Dựa trên phần mềm mô phỏng Matlab, bám sát theo các giả thiết đã được đặt ra, để đánh giá phẩm chất tín hiệu của hệ thống MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế 50 không gian SM.
- Tác giả tiến hành đánh giá qua tốc độ truyền dẫn tín hiệu 3[bpcu] trong hai trường hợp như sau.
- Từ kết quả đó, đưa ra sự đánh giá chất lượng truyền dẫn giữa hai phương pháp điều chế tín hiệu trong cùng một kỹ thuật truyền dẫn.
- Việc ánh xạ để truyền 3 bit sử dụng điều chế tín hiệu 4-QAM và cấu hình anten MIMO 2 4 được biểu diễn như hình 4.1.
- Dựa theo kết quả mô phỏng giữa hai phương thức điều chế tín hiệu của kỹ thuật MIMO-SM.
- Như vậy, qua kết quả mô phỏng đã đánh giá được hiệu suất giữa hai phương thức điều chế tín hiệu của kỹ thuật MIMO-SM.
- Hay nói cách khác, phương pháp điều chế không gian 2 4 4-QAM hiệu quả hơn về việc đảm bảo chất lượng tín hiệu trong quá trình truyền dẫn đối với phương pháp điều chế không gian 4 4 BPSK.
- BLAST là một trong các phương pháp tách tín hiệu triển vọng nhất của MIMO, ứng dụng trong kỹ thuật ghép kênh phân chia theo không gian.
- Kỹ thuật điều chế không gian MIMO-SM được sử dụng để truyền tải số lượng khác nhau của các bit thông tin và i-MRC để ước lượng cả tín hiệu được phát và số anten phát.
- Mô phỏng tốc độ 3[bpcu] sử dụng điều chế không gian SM và kỹ thuật V-BLAST MMSE Tỷ lệ lỗi bit BER của kỹ thuật MIMO-VBLAST sử dụng cấu hình MIMO 3 4 với bộ tách tín hiệu MMSE và điều chế BPSK được so sánh với hiệu suất MIMO-SM qua hình 4.2.
- Dựa trên công cụ mô phỏng, chúng ta đã mô phỏng hệ thống truyền dẫn có tốc độ truyền dẫn là 3 [bpcu] đối với hai trường hợp, thứ nhất là giữa hai phương pháp điều chế tín hiệu của MIMO-SM và thứ hai là giữa kỹ thuật điều chế không gian với kỹ thuật MIMO V-BLAST.
- Trong trường hợp mô phỏng phẩm chất tín hiệu của kỹ thuật điều chế không gian DSM thì ta có thể giả thiết như sau.
- Phẩm chất tín hiệu của MIMO-DSM 2x4 và sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK Trong phần này tác giả tiến hành mô phỏng phẩm chất của DSM sử dụng cấu hình MIMO 2x4 và điều chế BPSK.
- Phẩm chất tín hiệu của MIMO-DSM cấu hình 2x4, điều chế BPSK Trên hình 4.3 là kết quả mô phỏng phẩm chất lỗi bit của hệ thống truyền dẫn MIMO-DSM khi sử dụng cấu hình MIMO với N = 2, M = 4 và điều chế BPSK.
- Đánh giá phẩm chất tín hiệu của kỹ thuật MIMO-DSM Chất lượng truyền dẫn của DSM được so sánh với chất lượng truyền dẫn của SM như trên hình 4.4.
- 57 KẾT LUẬN Trong luận văn tập trung nghiên cứu các kỹ thuật điều chế tín hiệu ứng dụng trong hệ thống truyền dẫn MIMO và nổi lên đó là kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM.
- Nội dung luận văn tập trung nghiên cứu về kỹ thuật điều chế tín hiệu phía phát và tách tín hiệu phía thu của hệ thống truyền dẫn MIMO sử dụng kỹ thuật điều chế không gian vi sai DSM dựa trên nền tảng là kỹ thuật điều chế không gian SM.
- Tập trung nghiên cứu về kỹ thuật điều chế tín hiệu phía phát và đề cập tới phương thức xử lý tín hiệu để tách tín hiệu phía thu của SM và DSM

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt