Tìm kiếm
Đang tải khung tìm kiếm
Kết quả 1 đến 1 của 1

    TIẾN SĨ Truyền dẫn MIMO trong các hệ thống vô tuyến hợp tác và chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC

    D
    dream dream Đang Ngoại tuyến (18495 tài liệu)
    .:: Cộng Tác Viên ::.
  1. Gửi tài liệu
  2. Bình luận
  3. Chia sẻ
  4. Thông tin
  5. Công cụ
  6. Truyền dẫn MIMO trong các hệ thống vô tuyến hợp tác và chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC

    MỤC LỤC
    MỤC LỤC
    DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT . iii
    DANH MỤC HÌNH VẼ . vi
    DANH MỤC BẢNG . x
    DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC xi
    MỞ ĐẦU 1
    Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN
    VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP . 15
    1.1. Sự phát triển của các hệ thống thông tin vô tuyến 15
    1.2. Kỹ thuật chuyển tiếp vô tuyến 16
    1.3. Phân loại các trạm chuyển tiếp . 19
    1.4. Phân loại các kỹ thuật chuyển tiếp 20
    1.5. Ứng dụng của chuyển tiếp vô tuyến . 22
    1.6. Chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC 23
    1.7. Mô hình mô phỏng PNC kênh TWRC 30
    1.8. Tóm tắt chương 35
    iii
    Chương 2. TRUYỀN THÔNG CHUYỂN TIẾP MIMO
    KẾT HỢP LỰA CHỌN NÚT CHUYỂN TIẾP 36
    2.1. Giới thiệu 36
    2.2. Mô hình truyền thông chuyển tiếp MIMO-SDM . 38
    2.3. Mô hình truyền thông hợp tác MIMO-SDM . 39
    2.4. Lựa chọn nút chuyển tiếp cho kênh truyền thông hợp tác MIMO-SDM 42
    2.5. Đề xuất các thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp cải tiến 44
    2.6. Mô phỏng đánh giá chất lượng các thuật toán . 51
    2.7. Tóm tắt chương và kết luận . 56
    Chương 3. TRUYỀN THÔNG MIMO TRÊN KÊNH
    VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP HAI CHIỀU 58
    3.1. Tổng quan về truyền thông chuyển tiếp hai chiều 58
    3.2. Chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC cho kênh MIMO . 60
    3.3. Hệ thống SIMO-PNC trên kênh TWRC . 63
    3.4. Mô hình đề xuất MIMO-SDM-PNC . 76
    3.5. Mô hình đề xuất MIMO-STBC-PNC . 100
    3.6. Vấn đề ước lượng kênh truyền và đồng bộ trong các hệ thống
    MIMO-PNC 120
    3.7. Tóm tắt và kết luận chương . 121
    KẾT LUẬN 123
    DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ . 126
    TÀI LIỆU THAM KHẢO 128DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
    Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt
    3GPP Third Generation Partner-
    ship Project
    Dự án hợp tác thế hệ 3
    AWGN Additive White Gaussian
    Noise
    Tạp âm Gauss trắng cộng
    tính
    AF Amplify and Forward Khuếch đại và chuyển tiếp
    BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít
    BC Broadcast Phase Pha quảng bá
    BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
    BS Base Station Trạm gốc
    CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh
    CQI Channel Quality Index Chỉ số chất lượng kênh
    truyền
    CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh
    truyền
    DF Decode and Forward Giải mã và chuyển tiếp
    eNodeB Nút B của E-UTRAN
    E-UTRAN Evolved -Universal Terres-
    trial Radio Access Network
    Mạng truy nhập vô tuyến
    mặt đất vạn năng tăng cường
    LLR Log Likelihood Ratio Tỷ số hợp lệ theo hàm lô-ga-
    rít
    LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn
    MA Multiple Access Đa truy nhập
    MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi
    trường
    iiiiv
    MAP Maximum A posteriori Prob-
    ability
    Xác suất hậu nghiệm cực đại
    MANET Mobile Ad hoc Network Mạng Ad hoc di động
    MIMO Multiple Input-Multiple
    Output
    Nhiều đầu vào-nhiều đầu ra
    MISO Multiple Input-Single Out-
    put
    Nhiều đầu vào-một đầu ra
    ML Maximum Likelihood Hợp lệ cực đại
    MRT Maximal Ratio Transmission Phát tỷ lệ cực đại
    MMSE Minimum Mean Square Er-
    ror
    Sai số bình phương trung
    bình nhỏ nhất
    MS Mobile Station Trạm di động
    MSE Mean Square Error Sai số bình phương trung
    bình
    NC Network Coding Mã hóa mạng
    N Node Nút
    PNC Physical layer Network Cod-
    ing
    Mã hóa mạng lớp vật lý
    QAM Quadrature Amplitude Mod-
    ulation
    Điều chế biên độ cầu phương
    QPSK Quadrature Phase-Shift
    Keying
    Khóa dịch pha cầu phương
    SDM Spatial Division Multiplex-
    ing
    Ghép kênh phân chia theo
    không gian
    SIMO Single Input – Multiple Out-
    put
    Một đầu vào-nhiều đầu ra
    SINR Signal to Interference plus
    Noise Ratio
    Tỷ số công suất tín hiệu trên
    công suất nhiễu cộng tạp âm
    SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số công suất tín hiệu trên
    tạp âmv
    STBC Space-Time Block Code Mã khối không gian thời gian
    STC Space-Time Coding Mã không gian thời gian
    R Relay Chuyển tiếp
    RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
    RN Relay Node Nút chuyển tiếp
    RS Relay Station Trạm chuyển tiếp
    TS Traditional Scheme Sơ đồ truyền thống
    TWRC Two-Way Relay Channel Kênh chuyển tiếp hai chiều
    UE User Equipment Thiết bị người dùng
    V-BLAST Vertical Bell Labs Layered
    Space Time
    Hệ thống không gian thời
    gian phân lớp theo chiều dọc
    của Bell Labs
    Wi-Fi Wireless Fidelity Chuẩn mạng cục bộ không
    dây của Wi-Fi Alliance
    WiMAX Worldwide Interoperability
    for Microwave Access
    Tương thích toàn cầu qua
    truy nhập vi-ba
    ZF Zero Forcing Cưỡng bức về khôngDANH MỤC HÌNH VẼ
    1.1 Minh họa kỹ thuật chuyển tiếp . 17
    1.2 Minh họa vai trò của trạm chuyển tiếp . 18
    1.3 Chuyển tiếp loại I và loại II [19] 19
    1.4 Minh họa mô hình chuyển tiếp một chiều [19] . 20
    1.5 Minh họa mô hình chuyển tiếp hai chiều [19] 21
    1.6 Sơ đồ không mã hóa mạng . 24
    1.7 Sơ đồ mã hóa mạng NC . 26
    1.8 Sơ đồ mã hóa mạng lớp vật lý PNC 26
    1.9 Sơ đồ băng gốc hệ thống PNC trong khe thời gian thứ nhất 30
    1.10 Sơ đồ băng gốc hệ thống PNC trong khe thời gian thứ hai 31
    1.11 So sánh phẩm chất của PNC trên kênh AWGN và kênh pha-đinh. 35
    2.1 Mô hình truyền thông chuyển tiếp MIMO-SDM 38
    2.2 Mô hình truyền thông hợp tác . 40
    2.3 Mô hình kênh MIMO tương đương sử dụng phân tích SVD,
    trong đó λ i là giá trị riêng của kênh [1] . 45
    2.4 So sánh phẩm chất BER cho các trường hợp lựa chọn nút khác
    nhau, các nút sử dụng MIMO-SDM, hai nút chọn một . 53
    2.5 Phẩm chất BER của thuật toán lựa chọn nút dựa trên SNR
    khi số nút trung gian thay đổi, các nút sử dụng MIMO-SDM . 53
    2.6 Phẩm chất BER của thuật toán lựa chọn nút dựa trên giá trị
    riêng khi số nút trung gian thay đổi, các nút sử dụng MIMO-SDM.54
    2.7 So sánh độ phức tạp tính toán giữa ba thuật toán lựa chọn nút
    chuyển tiếp MSE, SNR và Eigen-value . 56
    3.1 Mô hình kênh chuyển tiếp hai chiều sử dụng SIMO-PNC . 63
    vivii
    3.2 Mô hình MIMO tương đương của hệ thống chuyển tiếp hai
    chiều SIMO-PNC 64
    3.3 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC sử dụng ZF (LLR)
    cho các trường hợp lựa chọn nút khác nhau và không lựa chọn
    nút; hai nút chọn một 73
    3.4 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC sử dụng ZF (kết
    hợp chọn lọc) cho các trường hợp lựa chọn nút khác nhau và
    không lựa chọn nút; hai nút chọn một . 74
    3.5 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC sử dụng MMSE
    (LLR) cho các trường hợp lựa chọn nút khác nhau và không
    lựa chọn nút; hai nút chọn một . 75
    3.6 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC sử dụng MMSE (kết
    hợp chọn lọc) cho các trường hợp lựa chọn nút khác nhau và
    không lựa chọn nút; hai nút chọn một . 75
    3.7 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC kết hợp lựa chọn
    nút chuyển tiếp sử dụng tách tín hiệu ZF khi số nút trung gian
    thay đổi . 77
    3.8 Phẩm chất BER của hệ thống SIMO-PNC kết hợp lựa chọn
    nút sử dụng tách tín hiệu MMSE khi số nút trung gian thay đổi. 78
    3.9 Đề xuất mô hình hệ thống chuyển tiếp hai chiều MIMO-SDM-PNC.79
    3.10 Giá trị ngưỡng γ tốt nhất cho trường hợp tách ZF trong hệ
    thống MIMO-SDM-PNC 88
    3.11 Giá trị ngưỡng γ tốt nhất cho trường hợp tách MMSE trong
    hệ thống MIMO-SDM-PNC . 89
    3.12 Phẩm chất BER của hệ thống MIMO-SDM-PNC sử dụng tách ZF.90
    3.13 Phẩm chất BER của hệ thống MIMO-SDM-PNC sử dụng tách
    MMSE 90
    3.14 Ngưỡng γ tốt nhất cho trường hợp tách ZF trong hệ thống
    MIMO-SDM-PNC với N = 3 92viii
    3.15 Ngưỡng γ tốt nhất cho trường hợp tách MMSE trong hệ thống
    MIMO-SDM-PNC với N = 3 92
    3.16 Phẩm chất BER cho trường hợp tách ZF trong hệ thống MIMO-
    SDM-PNC với N = 3 93
    3.17 Phẩm chất BER cho trường hợp tách MMSE trong hệ thống
    MIMO-SDM-PNC với N = 3 94
    3.18 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-SDM-PNC sử dụng lựa
    chọn nút và không lựa chọn nút; tách ZF (LLR); hai nút chọn một.96
    3.19 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-SDM-PNC sử dụng lựa
    chọn nút và không lựa chọn nút; tách ZF (kết hợp chọn lọc);
    hai nút chọn một 96
    3.20 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-SDM-PNC sử dụng lựa
    chọn nút và không lựa chọn nút; tách MMSE (LLR); hai nút
    chọn một . 97
    3.21 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-SDM-PNC sử dụng lựa
    chọn nút và không lựa chọn nút; tách MMSE (kết hợp chọn
    lọc); hai nút chọn một 97
    3.22 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-SDM-PNC đề xuất kết
    hợp lựa chọn nút trong trường hợp số nút trung gian thay đổi . 98
    3.23 Mô hình hệ thống chuyển tiếp hai chiều MIMO-STBC-PNC 101
    3.24 Giá trị ngưỡng tốt nhất cho hệ thống MIMO-STBC-PNC sử
    dụng tách ZF 110
    3.25 Giá trị ngưỡng tốt nhất cho hệ thống MIMO-STBC-PNC sử
    dụng tách MMSE 111
    3.26 Phẩm chất BER của hệ thống đề xuất MIMO-STBC-PNC sử
    dụng tách tín hiệu ZF tại chuyển tiếp . 112
    3.27 Phẩm chất BER của hệ thống đề xuất MIMO-STBC-PNC sử
    dụng tách tín hiệu MMSE tại chuyển tiếp . 112ix
    3.28 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-STBC-PNC sử dụng tách
    ZF (LLR) kết hợp lựa chọn nút và không lựa chọn nút; hai nút
    chọn một . 115
    3.29 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-STBC-PNC sử dụng tách
    ZF (kết hợp chọn lọc) kết hợp lựa chọn nút và không lựa chọn
    nút; hai nút chọn một 116
    3.30 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-STBC-PNC sử dụng tách
    MMSE (LLR) kết hợp lựa chọn nút và không lựa chọn nút; hai
    nút chọn một 116
    3.31 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-STBC-PNC sử dụng tách
    MMSE (kết hợp chọn lọc) kết hợp lựa chọn nút và không lựa
    chọn nút; hai nút chọn một . 117
    3.32 Phẩm chất BER của mô hình MIMO-STBC-PNC kết hợp lựa
    chọn nút trong trường hợp số nút trung gian thay đổi . 118DANH MỤC BẢNG
    1.1 Phép ánh xạ PNC của thành phần tín hiệu đồng pha . 29
    1.2 Phép ánh xạ PNC của thành phần tín hiệu vuông pha . 29
    2.1 Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp dựa vào giá trị riêng . 47
    2.2 Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp dựa vào SNR 49
    3.1 Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp cho hệ thống SIMO-PNC
    trên kênh TWRC theo chuẩn ma trận kênh 71
    3.2 Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp cho hệ thống SIMO-PNC
    trên kênh TWRC theo tiêu chuẩn trung bình hài hòa . 72
    xDANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
    Ký hiệu Ý nghĩa Ví dụ
    Chữ thường, in nghiêng Biến số x
    Chữ thường, in nghiêng, đậm Véc-tơ s
    Chữ hoa, in nghiêng, đậm Ma trận H
    Chữ I in đậm, nghiêng Ma trận đơn vị có các phần
    tử trên đường chéo bằng 1 và
    các phần tử khác bằng 0
    I
    N Số ăng-ten phát N
    z Tạp âm z r
    σ 2
    Phương sai tạp âm
    E {·} Phép tính kỳ vọng E {x}
    Pr{·} Xác suất Pr{A<b}
    f y {·} Phân bố xác suất có điều
    kiện
    kãk
    2
    2
    Chuẩn Frobenious của ma
    trận
    kHk
    2
    2
    t Chỉ số thời gian y(t)
    κ Chỉ số chuyển tiếp tốt nhất
    W Ma trận trọng số
    H
    sd
    Kênh giữa nguồn và đích
    xixii
    H
    rd
    Kênh giữa chuyển tiếp và
    đích
    H
    sr
    Kênh giữa nguồn và chuyển
    tiếp
    ⊕ Phép XOR (cộng modul-2)
    det(·) Đa thức đặc trưng của ma
    trậnMỞ ĐẦU
    1. Bối cảnh nghiên cứu
    Thông tin vô tuyến đang có những tiến bộ vượt bậc nhằm đáp ứng nhu cầu
    ngày càng tăng về tốc độ truy nhập của người dùng. Từ các hệ thống thông tin
    vô tuyến ban đầu với tốc độ truyền dẫn vài kbps, các hệ thống hiện tại đã có
    những bước phát triển vượt bậc với tốc độ lên tới hàng trăm Mbps. Điển hình
    trong đó là các hệ thống mạng cục bộ vô tuyến Wi-Fi (Wireless Fidelity) theo
    tiêu chuẩn IEEE.802.11ac cho tốc độ truy nhập lên tới 866,7 Mbps, hệ thống
    mạng đô thị vô tuyến WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave
    Access) theo tiêu chuẩn IEEE 802.16m cho tốc độ lên tới 1 Gbps, hay hệ
    thống thông tin di động tế bào thế hệ 4 (4G) theo chuẩn LTE-Advanced
    (Long Term Evolution-Advanced) cũng đã được chuẩn hóa với tốc độ 1 Gbps
    trên đường xuống trong môi trường truy nhập cục bộ. Từ sự phát triển của
    các hệ thống thông tin vô tuyến hiện tại và các nghiên cứu gần đây có thể
    thấy được xu thế khá rõ rệt về các kỹ thuật truyền dẫn trên các giao diện vô
    tuyến.
    Để đạt được tốc độ truy cập cao, các hệ thống thông tin vô tuyến hiện
    tại đều đã đưa vào sử dụng các chuẩn truyền dẫn đa ăng-ten sử dụng công
    nghệ đa đầu vào đa đầu ra MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Các hệ
    thống MIMO được sử dụng bao gồm: (i) mã hoá không gian thời gian (STC:
    12
    Space-Time Coding), (ii) ghép kênh phân chia theo không gian (SDM: Spatial
    Division Multiplexing), và (iii) tạo dạng búp sóng (beamforming). Trong đó
    mã hoá không gian thời gian đem lại độ lợi phân tập (diversity gain) nhằm cải
    thiện phẩm chất tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Rate), ghép kênh phân chia theo
    không gian SDM đem lại độ lợi ghép kênh (multiplexing gain) cho phép gia
    tăng tốc độ truyền dẫn tuyến tính với số ăng-ten phát sử dụng, còn hệ thống
    tạo búp sóng mang lại độ lợi mảng (array gain) góp phần cải thiện tỉ số công
    suất tín hiệu trên công suất nhiễu cộng tạp âm (SINR: Signal-to-Interference
    plus Noise Ratio). Để triển khai các hệ thống MIMO vào thực tiễn đòi hỏi
    các phần tử ăng-ten cách nhau khoảng vài bước sóng nên hầu hết các chuẩn
    đều đặt giới hạn cấu hình 2 × 2, 3 × 3, và 4 × 4 do giới hạn về kích thước
    thiết bị.
    Xu thế thứ hai có thể thấy được là các hệ thống Wi-Fi, WiMAX và LTE-
    Advanced đều hỗ trợ chế độ chuyển tiếp vô tuyến thông qua sử dụng các nút
    chuyển tiếp (relay node) nhằm mở rộng vùng phủ hoặc nâng cao chất lượng
    nhờ hợp tác giữa các nút mạng. Việc thực hiện chuyển tiếp đối với các mạng
    Wi-Fi có thể đạt được thông qua chế độ ad-hoc đã được tích hợp sẵn trong
    các thiết bị. Trong khi đó chuẩn LTE-Advanced cho phép thực hiện chuyển
    tiếp vô tuyến theo các phương thức và tại các lớp khác nhau. Việc chuyển
    tiếp có thể thực hiện được ở lớp một (lớp vật lý) theo phương thức khuếch
    đại-chuyển tiếp (AF: Amplify-and-Forward), ở lớp hai (lớp liên kết dữ liệu)
    theo phương thức giải mã và chuyển tiếp (DF: Decode-and-Forward), và ở
    lớp ba (lớp mạng) theo phương thức xử lý và chuyển tiếp (Processing-and-
    Forward). Trong khi đó chuẩn WiMAX IEEE.802.16j định nghĩa các trạm
    chuyển tiếp (RS: Relay Station) làm việc ở hai chế độ trong suốt và không3
    trong suốt trên cả hai lớp một và lớp hai. Về khả năng thì các chuẩn này đều
    hỗ trợ chuyển tiếp đơn chặng và đa chặng, tuy nhiên cấu hình chuyển tiếp
    đơn chặng vẫn được coi là có khả năng ứng dụng cao hơn trong thực tế. Các
    chuyển tiếp vô tuyến đều có thể thực hiện được trên cả hai chiều, do đó, hình
    thành khái niệm chuyển tiếp vô tuyến hai chiều.
    Trong khi đó, song song với lĩnh vực truyền thông vô tuyến, mạng viễn
    thông cũng đã có các bước tiến mới nhằm mục đích tăng thông lượng (through-
    put) truyền dữ liệu trong mạng. Một trong các kỹ thuật mang tính phát minh
    gần đây chính là kỹ thuật mã hóa mạng (NC: Network Coding) [3]. Khác với
    các kỹ thuật mã hóa trước đây thường được thực hiện tại nguồn như mã hóa
    nguồn (source coding), mã hóa kênh truyền (channel coding) mã hóa mạng
    được thực hiện ở các nút mạng trung gian. Thông qua việc thực hiện xử lý và
    kết hợp (thường là tuyến tính) các gói tin từ các nút nguồn khác nhau, mã
    hóa mạng cho phép giảm được số lượng pha truyền dữ liệu cần thiết so với
    các phương pháp xử lý theo kiểu lưu trữ và chuyển tiếp (store-and-forward)
    trong các mạng chuyển mạch gói truyền thống. Việc giảm bớt các pha trao
    đổi, truyền dữ liệu cho phép làm tăng thông lượng, tức là tốc độ truyền dữ
    liệu thực tế trong mạng. Ngoài ưu điểm về thông lượng, mã hóa mạng còn
    có ưu điểm khác, bao gồm: (i) độ phức tạp tính toán giảm khi áp dụng NC
    tuyến tính; (ii) đảm bảo tính bền vững ngay cả khi tô-pô mạng bị thay đổi
    hay khi một số liên kết mạng không hoạt động thì đích vẫn có thể thu lại
    được thông tin đã được gửi đi nếu nhận được một số lượng đủ lớn các gói tin
    mã hóa có chứa thông tin của các gói tin khác; (iii) tăng khả năng bảo mật
    thông tin, vì thông tin truyền đi trên liên kết là tổ hợp của nhiều thông tin.
    Ngày nay do sự phát triển của thiết bị và nhu cầu của người sử dụng, các4
    mạng truyền dữ liệu đã có xu thế chuyển dần từ mạng hữu tuyến sang mạng
    vô tuyến (còn gọi là không dây). Các mạng truyền dữ liệu vô tuyến theo kiểu
    ad-hoc đã có thể thấy ở khắp nơi từ các mạng dân dụng như các máy tính
    cá nhân, mạng truyền dữ liệu công nghiệp, mạng cảm biến không dây, mạng
    thông tin di động, đến cả các mạng thông tin quân sự như mạng kết nối hỏa
    lực tác chiến thế hệ mới. Các nghiên cứu mã hóa mạng, vì vậy, cũng đã được
    quan tâm và đề xuất cho các mạng truyền dữ liệu vô tuyến ad-hoc. Kỹ thuật
    mã hóa mạng áp dụng cho mạng vô tuyến ad-hoc có đặc điểm riêng và được
    thực hiện ở lớp vật lý thay cho lớp liên kết dữ liệu. Vì vậy, mã hóa mạng
    kiểu này được gọi là mã hóa mạng lớp vật lý (PNC: Physical-layer Network
    Coding).
    Với tất cả sự tiến bộ về kỹ thuật truyền dẫn, mã hóa và kết nối mạng thì
    việc ứng dụng mã hóa mạng lớp vật lý PNC vào các mạng ad-hoc vô tuyến
    sử dụng chuyển tiếp hai chiều kết hợp truyền dẫn MIMO sẽ là một tất yếu
    về phát triển công nghệ và đây thực sự là một chủ đề nghiên cứu có tính thời
    sự chứa đựng cả ý nghĩa về khoa học và thực tiễn.
    Luận án của nghiên cứu sinh được đặt ra trong bối cảnh nghiên cứu này
    với nhiệm vụ phát triển các hệ thống truyền dẫn MIMO cho kênh vô tuyến
    chuyển tiếp hai chiều (TWRC: Two-Way Relay Channel) sử dụng mã hóa
    mạng PNC. Mục tiêu của luận án là đề xuất các hệ thống MIMO-PNC trên
    kênh TWRC có thể đạt được tốc độ truyền dẫn cao và chất lượng truyền tín
    hiệu tốt trong khi lại có độ phức tạp chấp nhận được hướng tới khả năng áp
    dụng vào trong các hệ thống thực tế như hệ thống 4G/sau 4G hoặc các mạng
    vô tuyến ad-hoc khác có sử dụng truyền dẫn MIMO.5
    2. Các công trình nghiên cứu liên quan
    Các nghiên cứu về NC được bắt đầu từ công trình quan trọng của Ahlswede
    và đồng nghiệp năm 2000 [3] và đã thu hút một sự quan tâm lớn trong cộng
    đồng nghiên cứu. Các tác giả chứng minh rằng có thể đạt được thông lượng
    của một mạng phát đa điểm bằng cách thực hiện mã hóa tại các nút mạng
    trung gian, mà với phương thức định tuyến truyền thống ta không thể đạt
    được cho mạng phát đa điểm. Thay vì chỉ đơn thuần lưu trữ và chuyển tiếp
    thông tin như trong phương thức truyền thống, mỗi nút mạng trung gian có
    thể tổ hợp các gói tin từ các đầu vào của nó và biến thành một hoặc nhiều
    gói tin ra các đầu ra của nó. Với hình thức này, NC cho phép các nút trung
    gian sinh ra các gói tin mới, và nó có thể được xem là một dạng tổng quát
    hóa của phương thức định tuyến trong mạng truyền thống. Như vậy, với sự tổ
    hợp thông tin tại các nút trung gian, NC được xem là một hình thức truyền
    thông hợp tác tại nút mạng. Năm 2003, Li và đồng nghiệp [31] đã chứng
    minh được rằng đối với các mạng phát đa điểm chỉ cần sử dụng mã tuyến
    tính là đủ để đạt được thông lượng, phương pháp này được gọi là mã mạng
    tuyến tính (linear network coding). Cùng năm này, Koetter và Medard [29]
    mở rộng kết quả này cho mạng bất kỳ và giới thiệu phương pháp đại số cho
    NC. Phương pháp này thiết lập một kết nối hữu ích giữa một bài toán NC
    với nghiệm của một số hệ phương trình đa thức. Song song với các phát triển
    lý thuyết này của NC, Chou và đồng nghiệp trong năm 2003 [10] đề xuất
    một phương pháp thực tiễn để thực hiện NC mà không cần thông tin tập
    trung của tô-pô mạng hay là các hàm mã hóa/hàm giải mã; phương pháp
    này gọi là “Practical network coding”. Ý tưởng chính các tác giả đưa ra để6
    làm được điều đó là lồng ghép một véc-tơ mã hóa toàn cục (global encoding
    vector) trong mỗi một gói tin. Như vậy, véc-tơ mã hóa này sẽ được lấy ra từ
    những gói tin nhận được và dùng chính nó để giải mã các gói tin nhận được.
    Phương pháp này cho phép áp dụng NC trong mạng phân tán (Distributed
    network). Năm 2006, Ho và đồng nghiệp [24] kết hợp kết quả lý thuyết về mã
    tuyến tính [29] và mô hình thực tiễn [10] để đề xuất một phương pháp phân
    tán và ngẫu nhiên (Random linear network coding). Ho và đồng nghiệp cũng
    đã chứng minh được rằng dung năng của mạng có thể đạt được tốc độ lũy
    thừa theo độ dài của mã với xác suất tiến đến một.
    Từ sự đóng góp tiên phong của Ahlswede và đồng nghiệp, NC đã trở thành
    một lĩnh vực nghiên cứu lớn trong lý thuyết thông tin do nó có nhiều ứng
    dụng trong mạng truyền thông. Với sự xuất hiện của NC và sự nhận định về
    các tiềm năng của nó, hiện nay có rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến
    NC. Hội thảo đầu tiên trên thế giới về NC đã được tổ chức năm 2005- First
    Network Coding Workshop (NetCod 2005) - và từ sau đó chuyển thành hội
    nghị thường niên của hiệp hội IEEE - International Symposium on Network
    Coding (http://www.netcod2012.org/). Năm 2012, Hội nghị quốc tế về các
    công nghệ tiên tiến trong truyền thông (ATC2012) tại Hà Nội cũng đã tổ chức
    một hội thảo chuyên đề về mã hóa mạng và mời GS. Raymond W. Yeung,
    một trong các nhà phát minh về mã hóa mạng ở công trình [31] về trình bày
    báo cáo trọng tâm.
    Mã hóa mạng lớp vật lý (PNC: Physical layer Network Coding) lần đầu
    tiên được đề xuất bởi Zhang và các cộng sự trong [78] năm 2006 cho mạng
    vô tuyến ad-hoc. PNC được đưa ra như một thay thế cho mô hình mã mạng
    nguyên thủy áp dụng đối với mạng vô tuyến. Ý tưởng của PNC là tạo ra một7
    công cụ tương tự như NC nhưng tại lớp vật lý với việc thu và giải điều chế
    các tín hiệu dạng sóng, thay vì với các bit số. Bằng cách sử dụng kỹ thuật
    điều chế và giải điều chế phù hợp, thao tác cộng các thành phần tín hiệu có
    thể được ánh xạ sang thành cộng các bit dữ liệu. PNC cho phép gia tăng
    thông lượng hơn NC thông thường. Phần lớn các lý thuyết và các kỹ thuật
    được phát triển cho NC thông thường có thể được điều chỉnh để áp dụng cho
    PNC.
    Khác với NC thông thường, trong đó mã hóa các bit thông tin sau khi
    nhận được chúng, PNC coi tính chất xếp chồng (cộng tính) của các sóng điện
    từ (tín hiệu) như một phép mã hóa tự nhiên. Thực tế là khi có nhiều sóng
    điện từ trong cùng một không gian vật lý thì chúng sẽ được cộng vào với
    nhau. Sự trộn lẫn các sóng điện từ, thường được coi là hiện tượng gây nhiễu,
    lại chính là một dạng mã hóa mạng tuyến tính [3], [31]. PNC là một kỹ thuật
    tập trung vào việc biến mã hóa mạng tự nhiên ở dạng can nhiễu vô tuyến
    trở thành có ích để sử dụng. Trong kênh TWRC, PNC đã được chỉ ra có thể
    cải thiện thông lượng của hệ thống lên đến 50% [78]. Ngoài ra, sự kết hợp
    của PNC cho các giao thức điều khiển truy nhập vô tuyến (MAC: Medium
    Access Control) và các thiết kế lớp mạng cũng được nghiên cứu trong [78].
    Với khả năng ứng dụng tiềm năng và lợi ích to lớn mà PNC mang lại, từ
    năm 2006 đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu tiếp theo tập trung vào PNC
    [4], [5], [33], [37], [42], [53], [54], [62], [64], [65], [73], [75], [76]. Tại Việt Nam,
    PNC cũng đang được nghiên cứu trong khuôn khổ Nhiệm vụ nghị định thư
    với Cộng hòa Pháp được tài trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ do PGS.TS.
    Nguyễn Linh Trung chủ trì.
    Việc sử dụng PNC trong các hệ thống MIMO có thể mang lại hai lợi ích đó8
    là: cải thiện hiệu năng thông lượng và/hoặc giảm độ phức tạp xử lý. Zhang
    và cộng sự trong công trình [74] đã đề xuất một hệ thống SIMO-PNC cho
    kênh TWRC sử dụng tách tín hiệu tuyến tính tại các nút trung gian để thu
    được chất lượng tín hiệu tốt với độ phức tạp cho phép. Trong đề xuất này nút
    chuyển tiếp trích xuất các thành phần tổng và hiệu của hai gói dữ liệu nhận
    được từ hai đầu cuối và sau đó mã hóa chúng thành các gói mã hóa mạng
    để chuyển tiếp. Trong [11] Chung và cộng sự đã đề xuất sử dụng tách tín
    hiệu tuyến tính cưỡng bức về không (ZF: Zero Forcing) và sai số bình phương
    trung bình nhỏ nhất (MMSE: Minimum Mean Square Error) cho tín hiệu điều
    chế biên độ cầu phương (QAM: Quadrature Amplitude Modulation). Zhang
    và cộng sự trong [77] đã đề xuất MIMO-PNC với tách tín hiệu không gian
    thời gian phân lớp theo chiều dọc của Bell Labs (V-BLAST: Vertical Bell
    Labs Layered Space Time). Trong công trình [18] Gao và cộng sự đã xem xét
    một hệ thống chuyển tiếp hai chiều đa ăng-ten kết hợp lựa chọn ăng-ten tại
    nút chuyển tiếp. Trong công trình này, truyền dẫn tín hiệu được thực hiện
    nhờ phương pháp sử dụng phương pháp mã hoá trước (precoding) ZF nhằm
    thu được độ lợi phân tập của hệ thống. Trong một công trình gần đây [70],
    Yuan và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá dung lượng kênh truyền cho một mô
    hình MIMO-PNC dựa trên phân chia không gian (SDM) trong đó các nút
    mạng đều sử dụng đa ăng-ten. Trong mô hình này, mã hoá PNC không sử
    dụng toán tử XOR và việc tách tín hiệu tại nút chuyển tiếp được thực hiện
    nhờ phương pháp chiếu hình lên các không gian con nhằm tách ra hai thành
    phần mã hoá PNC hoàn toàn trực giao và không trực giao. Tuy nhiên, do chỉ
    quan tâm đến dung lượng kênh truyền nên các tác giả chưa đưa ra phương
    pháp xử lý tín hiệu tại các nút đích. Zhuo và cộng sự trong công trình [82]9
    đã phân tích việc sử dụng giải mã hợp lệ cực đại (ML: Maximum Likelihood)
    tối ưu tại chuyển tiếp với nhiều ăng-ten và kết luận rằng mô hình này là tốt
    hơn nhiều so với mô hình khuếch đại và chuyển tiếp. To và cộng sự trong
    công trình [55] đã phân tích tỷ lệ lỗi symbol của hệ thống trong đó hai nút
    đầu cuối được trang bị là hai ăng-ten và chuyển tiếp chỉ có một ăng-ten, sử
    dụng mã khối không gian-thời gian. Kết quả của mô hình đề xuất này là thu
    được bậc phân tập bằng hai. Xu và cộng sự trong công trình [67] cũng đã
    nghiên cứu hệ thống MIMO-PNC với mã không gian-thời gian. Nút chuyển
    tiếp và hai nút đầu cuối được trang bị là hai ăng-ten. Yang và cộng sự trong
    công trình [68] đã nghiên cứu các kỹ thuật mã hóa trước tuyến tính (linear
    precoding). Các tác giả đã chỉ ra rằng mô hình đề xuất mã hóa trước dựa vào
    mã lưới lồng ghép có thể tiếp cận gần với đường bao dung lượng cut-set
    1
    của
    MIMO TWRC. Công trình [71] đã khảo sát mô hình MIMO ANC (Analog
    Network Coding) trong đó các nút chuyển tiếp sử dụng đa ăng-ten và hai nút
    đầu cuối chỉ có một ăng-ten. Công trình [13] xem xét một hệ thống di động
    trong đó trạm gốc liên lạc với nhiều người sử dụng thông qua chuyển tiếp.
    Các trạm gốc và chuyển tiếp được trang bị nhiều ăng-ten trong khi người sử
    dụng đầu cuối được trang bị một ăng-ten. Các công trình [26], [39], [44], [48],
    [52], [69] , [81] đã nghiên cứu hệ thống có nhiều chuyển tiếp nối liền hai nút
    đầu cuối. Khi có nhiều chuyển tiếp nối liền hai nút đầu cuối, hoặc là một
    chiến lược lựa chọn chuyển tiếp, hoặc nhiều chuyển tiếp có thể làm việc với
    nhau như một hệ thống MIMO phân tán.
    Từ phân tích nói trên, nghiên cứu sinh nhận thấy còn một số vấn đề mở
    đối với các hệ thống sử dụng PNC trên kênh TWRC mà nghiên cứu sinh có
    1
    Trong mạng không nhớ sử dụng mã hóa mạng, đường bao cut-set chính là tổng dung lượng của các liên kết.10
    thể tập trung nghiên cứu như sau:
    ã Ngoại trừ công trình [70] mới chỉ đề xuất đến các kỹ thuật xử lý ở phía
    phát và nút chuyển tiếp chưa có một công trình nào nghiên cứu hoàn
    chỉnh nào ứng dụng kỹ thuật PNC trong các hệ thống MIMO-SDM cho
    kênh TWRC. Như đã phân tích ở trên, các hệ thống MIMO-SDM hiện
    đã trở thành chuẩn giao diện vô tuyến cho các hệ thống thông tin vô
    tuyến tiên tiến nên việc nghiên cứu đề xuất sử dụng MIMO-SDM cho
    kênh TWRC sử dụng PNC có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Luận án
    tiếp cận vấn đề này trên cơ sở sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu có độ
    phức tạp thấp.
    ã Đối với kênh TWRC sử dụng kỹ thuật PNC, theo hiểu biết của nghiên
    cứu sinh thì ngoài công trình [67] đã đề xuất áp dụng sử dụng STBC và
    tách tín hiệu hợp lệ cực đại (ML: Maximum Likelihood) cho trường hợp
    tất cả các nút đều sử dụng đa ăng-ten ra các nghiên cứu khác vẫn còn
    hạn chế. Luận án tiếp cận hướng nghiên cứu mở này trên cơ sở sử dụng
    các kỹ thuật xử lý tín hiệu tuyến tính có độ phức tạp thấp thay cho các
    bộ tách tín hiệu ML ở [67]. Do các bộ tách tín hiệu tuyến tính có khả
    năng tích hợp với các thuật toán thích nghi dễ dàng hơn nên đề xuất của
    luận án không chỉ có ý nghĩa về khoa học mà cả thực tiễn ứng dụng cao.
    ã Với các hệ thống sử dụng kết hợp MIMO và PNC trên kênh TWRC,
    trong phạm vi hiểu biết của nghiên cứu sinh hiện tại vẫn chưa có công
    trình nghiên cứu nào đề cập đến bài toán lựa chọn nút chuyển tiếp trung
    gian. Luận án giải quyết bài toán mở này bằng các thuật toán đề xuất
    mới kết hợp với ứng dụng các thuật toán sử dụng cho kênh truyền thông

    Xem Thêm: Truyền dẫn MIMO trong các hệ thống vô tuyến hợp tác và chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC
    Nội dung trên chỉ thể hiện một phần hoặc nhiều phần trích dẫn. Để có thể xem đầy đủ, chi tiết và đúng định dạng tài liệu, bạn vui lòng tải tài liệu. Hy vọng tài liệu Truyền dẫn MIMO trong các hệ thống vô tuyến hợp tác và chuyển tiếp hai chiều sử dụng PNC sẽ giúp ích cho bạn.
    #1
  7. Đang tải dữ liệu...

    Chia sẻ link hay nhận ngay tiền thưởng
    Vui lòng Tải xuống để xem tài liệu đầy đủ.

    Gửi bình luận

    ♥ Tải tài liệu

social Thư Viện Tài Liệu

Từ khóa được tìm kiếm

Nobody landed on this page from a search engine, yet!

Quyền viết bài

  • Bạn Không thể gửi Chủ đề mới
  • Bạn Không thể Gửi trả lời
  • Bạn Không thể Gửi file đính kèm
  • Bạn Không thể Sửa bài viết của mình
  •  
DMCA.com Protection Status