RealEDU.

1. B GIÁO D
Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I
Ọ Ộ
-----------------------------------------
LÊ DOÃN THI N
Ệ
THI T K B TÁCH SÓNG CHO TRUY N THÔNG
Ế Ế Ộ Ề
MIMO-SDM CHUY N TI P HAI CHI U S D PNC
Ể Ế Ề Ử ỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ Ậ
THU T
CHUYÊN NGÀNH: K THU N T
Ỹ ẬT ĐIỆ Ử
NGƢỜI HƢỚ Ẫ
NG D N KHOA H C
Ọ
TS. NGÔ VŨ ĐỨC
Hà N - 2016
ội

2. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Lê Doãn Thiện.
Đề tài luận văn: Thiết kế bộ tách sóng cho truyền thông MIMO SDM chuyển
-
tiếp hai chiều sử dụng PNC.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số SV: CB140222
Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày với
22/04/2016
các nội dung sau:
- Bổ sung thêm các trích dẫn tài liệu tham khảo nhằm làm rõ các nội dung mà tác
giả trích dẫn và phần mà tác giả đã đóng góp.
- Thay đổi tên ma trận tín hiệu nhận đƣợc tại nút đích N2 để phân biệt với ký
hiệu ma trận tổng hiệu.
-
Ngày 25 tháng 04 2016
năm
Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn
TS. Ngô Vũ Đức Lê Doãn Thiện
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS.TS Ph m Ng c Nam
ạ ọ

3. Luận văn thạc sĩ 2016
3 Lê Doãn Thi n
ệ
LỜI CAM ĐOAN
t qu trình bày trong lu n
Tôi xin cam đoan các kế ả ậ văn là công trình nghiên cứu
c i s ng d n c a gi c. Các s u, k t qu
ủa tôi dƣớ ự hƣớ ẫ ủ ảng viên TS. Ngô Vũ Đứ ố liệ ế ả trình
bày trong lu c công b trong b t k công
ận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa đƣợ ố ấ ỳ
trình nào trƣớc đây. Các kế ả ử ụ ảo đều đƣợ ẫn đầy đủ
t qu s d ng tham kh c trích d và theo
đúng quy định.
Hà N i, ngày 25
ộ tháng 04 năm 2016
Tác giả
Lê Doãn Thi n
ệ

4. Luận văn thạc sĩ 2016
4 Lê Doãn Thi n
ệ
L I C
Ờ ẢM ƠN
Trong quá trình nghiên c u và hoàn thành lu c r
ứ ận văn này, tôi đã nhận đƣợ ất
nhi u s nhi t tì c a Th ng d n cùng v i các
ề ự giúp đỡ ệ nh và đóng góp quý báu ủ ầy hƣớ ẫ ớ
thành viên của phòng System VLSI .
Lab
u tiên, tôi xin g i l i c c t i th ng d
Đầ ử ờ ảm ơn sâu sắ ớ ầy hƣớ ẫn TS. Ngô Vũ Đức đã
t p c n, nghiên c u khoa h ng d n các v
ận tình định hƣớng phƣơng pháp tiế ậ ứ ọc, hƣớ ẫ ấn
đề ứ ận văn này.
chuyên môn cho tôi trong quá trình nghiên c u, và hoàn thành lu Tôi
cũng xin trân trọ ảm ơn đã hƣớ ẫ
ng c các thành viên System VLSI Lab ng d n và góp ý
khoa h c cho tôi trong quá trình th c hi n lu
ọ ự ệ ận văn.
Tôi xin chân thành c i h c, Vi n t - n thông,
ảm ơn Phòng Sau Đạ ọ ện Điệ ử Viễ
Trƣờng Đạ ọ ội đã tạo điề ệ ậ ợi, giúp đỡ và tƣ vấ
i h c Bách Khoa Hà N u ki n thu n l n tôi
trong quá trình h c t p và nghiên c u lu Tôi xin c
ọ ậ ứ ận văn. ảm ơn các Thầy, Cô đã dìu
d t, truy t nh ng ki n th c quý báu cùng ng n l a nhi t huy t nghiên c u kho
ắ ền đạ ữ ế ứ ọ ử ệ ế ứ a
h o t ng.
ọc trong thời gian đào tạ ạ ờ
i trƣ
i cùng, tôi xin bày t lòng bi ng nghi p
Cuố ỏ ết ơn đến gia đình, bạn bè và các đồ ệ
đã lu ạnh độ đỡ tôi vƣợt qua các khó khăn để đạt đƣợ ữ ế
ôn bên c ng viên, giúp c nh ng k t
qu nghiên c
ả ứu nhƣ ngày hôm nay.

5. Luận văn thạc sĩ 2016
5 Lê Doãn Thi n
ệ
M C L C
Ụ Ụ
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................2
L ...........................................................................................................3
ỜI CAM ĐOAN
L .................................................................................................................4
ỜI CẢM ƠN
M C ......................................................................................................................5
ỤC LỤ
DANH M VI
Ụ Ừ
C CÁC T ẾT TẮT................................................................................8
DANH MỤC BẢ Ể
NG BI U..........................................................................................10
DANH MỤ Ẽ
C HÌNH V ...............................................................................................11
M U ......................................................................................................................13
Ở ĐẦ
1. Lý do ch tài...................................................................................................13
ọn đề
2. L nghiên c u................................................................................................15
ịch sử ứ
3. M u.............................................................................................17
ục đích nghiên cứ
4. Đố ợ ứ
i tƣ ng nghiên c u............................................................................................17
5. Các đóng góp củ ận văn
a lu ...................................................................................18
6. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................18
Chƣơng I: TỔ Ệ Ố
NG QUAN H TH NG MIMO ...........................................................19
1.1 Mô hình h ng MIMO....................................................................................19
ệ thố
1.1.1 Dung lƣợng kênh MIMO..............................................................................20
1.1.2 Các phƣơng pháp truyề ẫ
n d n MIMO............................................................21
1.1.3 Ghép kênh chia theo không gian ..................................................................22
1.1.4 Mã hóa Không gian i gian...................................................................22
– Thờ
1.2 Các b u tuy
ộ tách tín hiệ ến tính............................................................................24
1.2.1 B tách tín hi u ZF .......................................................................................26
ộ ệ
1.2.2 B tách tín hi u MMSE ................................................................................28
ộ ệ

6. Luận văn thạc sĩ 2016
6 Lê Doãn Thi n
ệ
1.3 K t chuy n ti p vô tuy
ỹ thuậ ể ế ến ............................................................................29
1.3.1 Phân lo i các tr m chuy
ạ ạ ể ế
n ti p .....................................................................31
1.3.2 Phân lo i các k thu t chuy
ạ ỹ ậ ể ế
n ti p ...............................................................32
1.3.3 ng d ng c a chuy n ti p vô tuy n .............................................................35
Ứ ụ ủ ể ế ế
1.4 Chuy n ti p hai chi u s d ng PNC ...................................................................35
ể ế ề ử ụ
1.4.1 Sơ đồ ử ụ ạ
không s d ng mã hóa m ng..............................................................36
1.4.2 Sơ đồ ạ
mã hóa m ng NC................................................................................36
1.4.3 Sơ đồ ạ ớ ậ
mã hóa m ng l p v t lý ......................................................................38
1.4.4 Nguyên lý PNC d ............................................................39
ựa trên phép XOR
1.4.5 Mô hình mô ph ng PNC trên kênh TWRC ..................................................42
ỏ
Chƣơng II: TRUYỀ Ể Ế Ề Ử
N THÔNG MIMO-SDM CHUY N TI P HAI CHI U S
D NG PNC..................................................................................................................45
Ụ
2.1 Mô hình h ng ................................................................................................45
ệ thố
2.2 Tách tín hi u t i nút chuy n ti p.........................................................................47
ệ ạ ể ế
2.3 Mã hóa tín hi u t i nút chuy n ti p.....................................................................50
ệ ạ ể ế
2.4 Tách tín hi u t .....................................................................................51
ệ ại nút đích
2.5 Đánh giá chấ ợ ệ ố
t lƣ ng h th ng MIMO-SDM- ..............................................52
PNC
2.5.1 Mô hình mô ph ........................................................................................52
ỏng
2.5.2 L ng t nh k p ch n l c.....53
ựa chọn ngƣỡ ối ƣu cho phƣơng pháp quyế ị
t đ ết hợ ọ ọ
2.5.3 Đánh giá phẩ ấ
m ch t BER .............................................................................54
CHƢƠNG III: THIẾ Ế Ộ Ề
T K B TÁCH SÓNG CHO TRUY N THÔNG MIMO-SDM-
PNC ..............................................................................................................................57
3.1 Ki n trúc b tách sóng m nh ........................................................................57
ế ộ ứ ỉ
c đ
3.2 Xây d ng ki n trúc ki u pipeline và timing........................................................59
ự ế ể
3.3 Ki n trúc b tách sóng m t ....................................................................62
ế ộ ức chi tiế
3.4 Mô ph ............................................................................66
ỏng và đánh giá kết quả

7. Luận văn thạc sĩ 2016
7 Lê Doãn Thi n
ệ
3.4.1 Mô hình mô ph ........................................................................................66
ỏng
3.4.2 K t qu mô ph .....................................................................68
ế ả ỏng và đánh giá
K N ..................................................................................................................71
ẾT LUẬ
TÀI LIỆ Ả
U THAM KH O............................................................................................73
PHỤ Ụ
L C .....................................................................................................................75

8. Luận văn thạc sĩ 2016
8 Lê Doãn Thi n
ệ
DANH M C CÁC T T T T
Ụ Ừ VIẾ Ắ
T vi t
ừ ết tắ Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiế ệ
ng Vi t
3GPP Third Generation Partnership
Project
D p tác th h ba
ự án hợ ế ệ thứ
AWGN Additive White Gaussian
Noise
T p âm Gauss tr ng c ng tính
ạ ắ ộ
BER Bit Error Rate T l l
ỉ ệ ỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dị ị
ch pha nh phân
BS Base Station Trạ ố
m g c
CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh
DF Decode and Forward Gi i mã và chuy n ti p
ả ể ế
FPGA Field Programmable Gate
Array
M ng c ng l ng
ả ổ ập trình đƣợc dạng trƣờ
HSPA High Speed Packet Access Truy c p gói tin t
ậ ốc độ cao
IC Integrated Circuit M p
ạch tích hợ
LLR Log Likelihood Ratio T s h p l theo hàm logarith
ỉ ố ợ ệ
LMS Least Mean Square Trung bình phƣơng nh nh t
ỏ ấ
LS Least Square Bình phƣơng nhỏ ấ
nh t
LTE Long Term Evolution Phát tri n dài h n
ể ạ
MANET Mobile Ad-hoc Network M ng Ad- ng
ạ hoc di độ
MAP Maximum A posteriori
Probability
Xác xuất h m c
ậ ệ
u nghi ự ạ
c đ i
MIMO Multiple Input Multiple
Output
Nhiều đầ ều đầ
u vào - nhi u ra
ML Maximum Likelihood H p l c i
ợ ệ ự ạ
c đ
MLD Maximum Likelihood
Detector
B u h p l t
ộ tách tín hiệ ợ ẽ ối đa
MMSE Minimum Mean Square Error Sai s i thi u
ố bình phƣơng trung bình tố ể
MRT Maximal Ratio Transmission Phát t l c i
ỉ ệ ự ạ
c đ
MS Mobile Station Trạm di động
MSE Mean Square Error Sai số bình phƣơng trung bình
NC Network Coding Mã hóa m ng
ạ
PNC Physical layer Network
Coding
Mã hóa m ng v t lý
ạ ậ

9. Luận văn thạc sĩ 2016
9 Lê Doãn Thi n
ệ
QAM Quadrature Amplitude
Modulation
Điề ế biên độ ầu phƣơng
u ch c
QPSK Quadrature Phase-Shift
Keying
Điề ế ị ầu phƣơng
u ch khóa d ch pha c
RF Radio Frequency T n s vô tuy n
ầ ố ế
RLS Recursive Least Square Bình phƣơng nhỏ ấ ồ
nh t quy h i
RN Relay Node Nút chuy n ti p
ể ế
RS Relay Station Trạm chuyể ế
n ti p
SD Sphere decoding B u c
ộ tách tín hiệ ầu phƣơng
SDM Spatial Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không gian
SIMO Single Input Multiple Output M u vào - nhi u ra
ộ ầ
t đ ều đầ
SINR Signal to Interference plus
Noise Ratio
T s tín hi u trên t p âm c ng v
ỉ ố ệ ạ ộ ới
nhi u
ễ
SIR Signal to Interference Ratio T s tín hi u trên nhi u
ỉ ố ệ ễ
SISO Single Input Single Output M u vào - m u ra
ộ ầ
t đ ột đầ
SNR Signal to Noise Ratio T s tín hi u trên t p âm
ỉ ố ệ ạ
STBC Space-Time Block Code Mã khố ờ
i không gian th i gian
STC Space-Time Coding Mã không gian thời gian
STE SpaceTime Encoder B mã hóa không gian th
ộ ời gian
STTC Space-Time Trellis Code Mã lƣớ ờ
i không gian th i gian
SVD Singular Value
Decomposition
Bình phƣơng tố ể ế
i thi u tuy n tính
TS Traditional Scheme Sơ đồ truyề ố
n th ng
TWRC Two-Way Relay Channel Kênh chuy n ti p hai chi u
ể ế ề
UE User Equipment Thiết b i dùng
ị ngƣờ
VANET Vehicle Ad-hoc Network M ng Ad-hoc giao thông
ạ
V-BLAST Vertical Bell Labs Layered
Space Time
H ng không gian th p
ệ thố ời gian phân lớ
theo chiề ọ
u d c của Bell Labs
Wi-Fi Wireless Fidelity Chuẩ ạ ụ
n m ng c c bộ ủ
không dây c a Wi-
Fi Alliance
WiMAX Worldwide Interoperability
for Microwave Access
Tƣơng thích toàn cầu qua truy nh p vi-
ậ
ba
ZF Zero Forcing Cƣỡ ứ ề
ng b c v không

10. Luận văn thạc sĩ 2016
10 Lê Doãn Thi n
ệ
DANH M C B NG BI U
Ụ Ả Ể
B ng 1.1 Phép ánh x a thành ph n tín hi ng pha .........................................40
ả ạ PNC củ ầ ệu đồ
B ng 1.2 Phép ánh x a thành ph n tín hi u vuông pha .......................................41
ả ạ PNC củ ầ ệ
B dài d u c u ra...........................................................68
ảng 3.1 Độ ữ liệ ủ ầu vào và đầ
a các đ
B ng 3.2 K t ng h p các thi c a b .........................70
ả ết quả ổ ợ ết kế ủ ộ tách sóng ZF trên FPGA
B ng 3.3 K t ng h p các thi c a b .................70
ả ết quả ổ ợ ết kế ủ ộ tách sóng MMSE trên FPGA

11. Luận văn thạc sĩ 2016
11 Lê Doãn Thi n
ệ
DANH M C HÌNH V
Ụ Ẽ
Hình 1.1 Mô hình hệ ố
th ng MIMO ...................................................................................19
Hình 1.2 Sơ đồ phân kênh theo không gian ......................................................................22
Hình 1.3 Sơ đồ ệ ố ử ụ ủ
h th ng MIMO s d ng mã STBC c a Alamouti..................................23
Hình 1.4 Phân loạ ộ ệ
i các b tách tín hi u MIMO- .......................................................24
SDM
Hình 1.5 Sơ đồ ộ ệ ế
b tách tín hi u tuy n tính cho MIMO-SDM...........................................25
Hình 1.6 Kỹ t chuy n ti p...........................................................................................30
thuậ ể ế
Hình 1.7 Vai trò của trạ ể ế
m chuy n ti p ..............................................................................31
Hình 1.8 Chuyể ế ạ ạ
n ti p lo i 1 và lo i 2................................................................................32
Hình 1.9 Mô hình chuyể ế ộ ề
n ti p m t chi u..........................................................................33
Hình 1.10 Mô hình chuyể ế ề
n ti p hai chi u .........................................................................34
Hình 1.11 Sơ đồ ạ
không mã hóa m ng ...............................................................................36
Hình 1.12 Sơ đồ ạ
hóa m ng NC..........................................................................................38
Hình 1.13 Sơ đồ ạ ớ ậ
hóa m ng l p v t lý PNC .......................................................................38
Hình 1.14 Sơ đồ băng gố ệ ố ờ ứ ấ
c h th ng PNC trong khe th i gian th nh t............................42
Hình 1.15 Sơ đồ băng gố ệ ố ờ ứ
c h th ng PNC trong khe th i gian th hai..............................43
Hình 1.16 So sánh phẩ ấ
m ch t củ đinh [12]
a PNC trên kênh AWGN và kênh pha- ...........44
Hình 2.1 Mô hình hệ ố ể ế ề
th ng chuy n ti p hai chi u MIMO- - .............................45
SDM PNC
Hình 2.2 Giá tr ng t ng h p tách ZF trong h ng MIMO-
ị ngƣỡ  ối ƣu cho trƣờ ợ ệ thố
SDM-PNC [12]..................................................................................................................53
Hình 2.3 Giá tr ng t ng h p tách MMSE trong h ng MIMO-
ị ngƣỡ  ối ƣu cho trƣờ ợ ệ thố
SDM-PNC [12]..................................................................................................................54
Hình 2.4 Phẩ ấ ủ
m ch t BER c a hệ ố ử ụ
th ng MIMO- -PNC s
SDM d ng tách ZF [12]...........55
Hình 2.5 Phẩ ấ ủ
m ch t BER c a hệ ố ử ụ
th ng MIMO- -PNC s
SDM d ng tách MMSE [12]....55

12. Luận văn thạc sĩ 2016
12 Lê Doãn Thi n
ệ
Hình 3.1 Kiế ứ ỉ ủ
n trúc m c đ nh c a bộ tách sóng ZF ...........................................................57
Hình 3.2 Kiế ứ ỉ ủ
n trúc m c đ nh c a bộ tách sóng MMSE ....................................................58
Hình 3.3 Kiế ủ ố
n trúc c a kh i G_ZF....................................................................................58
Hình 3.4 Kiế ủ ố
n trúc c a kh i G_MMSE.............................................................................59
Hình 3.5 Thiết kế ủ
pipeline c a bộ tách sóng ZF................................................................60
Hình 3.6 Thiết kế ủ
pipeline c a bộ tách sóng MMSE ........................................................ 60
Hình 3.7 Sơ đồ ủ ộ
timing c a b tách sóng ZF......................................................................61
Hình 3.8 Sơ đồ ủ ộ
timing c a b tách sóng MMSE...............................................................61
Hình 3.9 Sơ đồ ố
kh i TRAN...............................................................................................62
Hình 3.10 Sơ đồ ố
kh i MUL REAL ...................................................................................62
Hình 3.11 Sơ đồ ố
kh i MUL...............................................................................................63
Hình 3.12 Sơ đồ ố
kh i SIGMA...........................................................................................63
Hình 3.13 Sơ đồ ố
kh i ADD...............................................................................................64
Hình 3.14 Sơ đồ ố
kh i INV.................................................................................................64
Hình kh i COMP MUL ..................................................................................65
3.15 Sơ đồ ố
Hình 3.16 Sơ đồ ố
kh i COMP DIV ....................................................................................65
Hình 3.17 Quy trình kiểm tra ............................................................................................67
Hình 3.18 Tín hiệu thu đƣợc trên Modelsim c a b
ủ ộ tách sóng ZF ...................................68
Hình 3.19 Tín hiệu thu đƣợc trên Modelsim c a b
ủ ộ tách sóng MMSE ............................69

13. Luận văn thạc sĩ 2016
13 Lê Doãn Thi n
ệ
M U
Ở ĐẦ
1. Lý do chọ ề
n đ tài
Ngày nay, các h ng truy n d n vô tuy
ệ thố ề ẫ ế đang đứng trƣớ ữ ứ
n c nh ng thách th c to
l n c v c i ti n gi i ti n công ngh nh ng các yêu c u
ớ ả ề ả ế ải pháp cũng nhƣ cả ế ệ ằm đáp ứ ầ
ngày càng cao và kh i s d ng, ch ng h n: m
ắt khe hơn của ngƣờ ử ụ ẳ ạ ở r ng ph m vi vùng
ộ ạ
ph t truy c p; nâng cao ph m ch tin c y c a h ng; s d ng
ủ; gia tăng ốc độ ậ ẩ ất và độ ậ ủ ệ thố ử ụ
hi u qu t c bi t là gi m thi ph c t p trong
ệ ả năng lƣợng cũng nhƣ phổ ần; và đặ ệ ả ểu độ ứ ạ
tính toán, x c nh ng yêu c m ng thông tin vô tuy
ử lý. Để đáp ứng đƣợ ữ ầu đó thì ạ ến đang
phát tri n không ng ng, cùng v a các nhà m ng và cung c p
ể ừ ới đó thu hút sự đầu tƣ củ ạ ấ
d ch v o ra nh ng ti n b t b c nh ng nhu c t
ị ụ đã tạ ữ ế ộ vƣợ ậ ằm đáp ứ ầu ngày càng tăng về ốc
độ truy c p c i dùng. T truy
ậ ủa ngƣờ ốc độ ề ẫ ủ ạ ững bƣớ
n d n c a m ng thông tin có nh c
phát tri n nhanh chóng ng không dây s d ng sóng vô tuy n Wifi v i chu n
ể nhƣ mạ ử ụ ế ớ ẩ
IEEE 802.11.ac lên t i 6.77Gbps, m ng truy c p vô tuy n b ng thông r ng Wi
ớ ạ ậ ế ă ộ MAX
v i chu n IEEE 802.16m v i t 1Gbps, ho c m ng 4G-
ớ ẩ ớ ốc độ ặ ạng thông tin di độ LTE
Advanced có thể ớ và tƣơng lai ạ ế ệ ứ 5 đã mang lạ ộ
lên t i 3.9Gbps m
là ng th h th i cu c
cách m n t truy
ạng làm thay đổi căn bả ốc độ ề ả ữ ệ ển các lĩnh vự
n t i d li u, giúp phát tri c
khoa h t khác và tr i dùng t .
ọc kỹ thuậ ải nghiệm ngƣờ ốt hơn
c các h ng yêu c u t y, thì h ng MIMO
Để đáp ứng đƣợ ệ thố ầ ố ộ
c đ cao nhƣ vậ ệ thố
(Multiple Input Multiple [1] s d - u vào i, nó
Output) ử ụng đa ăng ten đầu ra và đầ ra đờ
tăng dung lƣợ ế ố ế ằ
ng k t n i vô tuy n b ng cách truyề ậ ệ ều đƣờ
n và nh n tín hi u trên nhi ng
khác nhau. thành m t y u t t y u c a tiêu chu n truy
MIMO đã trở ộ ế ố thiế ế ủ ẩ ền thông
không dây bao g m IEEE 802.11n (Wi-Fi), IEEE 802.11ac (Wi-Fi), HSPA + (3G),
ồ
WiMAX (4G), và Long Term Evolution (4G),...[2]. Để ệ ấ ệ ả
nâng cao hi u su t và hi u qu
trả ổ ề ỹ ật khác nhau đã đƣợ ế ợ ớ IMO. Trong đó phả ể
i ph , thì nhi u k thu c k t h p v i M i k
đến nhƣ: kỹ ậ ố ờ [3] giúp đem lại độ ợ
thu t mã kh i không gian th i gian (STBC) l i phân
t p nh m c i thi n ph m ch t t l l i bit; k t ghép kênh phân chia theo không
ậ ằ ả ệ ẩ ấ ỉ ệ ỗ ỹ thuậ
gian (SDM) [4] l truy n d n tuy
giúp đem lại độ ợi ghép kênh, cho phép tăng tốc độ ề ẫ ến
tính v i s i phân t
ớ ố ử ụ ằ ộ ợ
ăng-ten phát s d ng nh m tăng đ l ập.

14. Luận văn thạc sĩ 2016
14 Lê Doãn Thi n
ệ
m b o ch ng truy
Để đả ả ất lƣợ ề ẫ ở ộ ủ ỹ
n d n và m r ng vùng ph , thì k thu t chuy
ậ ển
tiế ến đƣợ ử ụ ộ ụ điể ủ ỹ ật này đƣợ
p vô tuy c s d ng r ng rãi. Các ví d n hình c a k thu c ứng
d ng trong các h ng thông tin vô tuy n viba m ng truy n thông tin
ụ ệ thố ế ặt đất, các đƣờ ề
v h, và ngày nay là các h ng và thông tin vô tuy n ad-hoc
ệ tin ệ thống thông tin di độ ế .
Trong h ng m ng th h 4 hi n nay (LTE-Advanced), thì nút chuy n ti p
ệ thố ạ ế ệ thứ ệ ể ế
(relay node) thƣờ ạt động theo phƣơng thứ ếch đạ – ể ế
ng ho c khu i chuy n ti p (Amplify-
and and
-Forward l t lý) ho c gi i mã chuy n ti p (Decode-
ở ớp vậ ặ ả – ể ế -Forward l p liên
ở ớ
k t d u). K thu t chuy
ế ữ liệ ỹ ậ ể ếp chia đƣờ ề ự ế ặ ề
n ti ng truy n tr c ti p thành hai ho c nhi u
đoạ ề ệ ấ ợ ộ ờ ề ề ẫn đa
n truy n tín hi u có ch t lƣ ng cao, hình thành lên m t đƣ ng truy n truy n d
chặ ữ ạ ốc và ngƣờ ử ụng đầ ố ắ ục đƣợ ữ ạ ế
ng gi a tr m g i s d u cu i, giúp kh c ph c nh ng h n ch
v vùng ph và t truy n d u th p do b n ho m t mát tín hi u.
ề ủ ốc độ ề ữ liệ ấ ị che chắ ặc bị ấ ệ
Các tín hi c mã hóa t i ngu n ho c mã hóa
ệu đƣợc phát đi thƣờng đƣợ ạ ồ ặc đƣợ
trên kênh truyền. Nhƣng hiện nay, ngƣờ ụ ột phƣơng pháp để tăng thông
i ta áp d ng m
lƣợng truyề ữ ệ ạ ấ ệ ả đó là kỹ
n d li u trong m ng r t hi u qu t mã hóa m ng (Networ
thuậ ạ k
coding) [5]. Vớ ỹ
i k thu t này, các gói tín s c x lý và k t h p tuy
ậ ẽ đƣợ ử ế ợ ế ừ
n tính t các
ngu n khác nhau t i nút chuy n ti p. Vi ng d ng k
ồ ạ ể ế ệc ứ ụ ỹ t mã hóa này giúp gi m s
thuậ ả ố
pha th i gian truy n d u c n thi t so v và chuy n ti p the
ờ ề ữ liệ ầ ế ới phƣơng pháp lƣu trữ ể ế o
ki ng c a h ng th ph
ểu cũ. Từ đó làm tăng thông lƣợ ủ ệ thống, đồ ời cũng giúp giảm độ ức
t o m t c a thông tin. Và khi th c hi n mã hóa m ng l p v
ạp tính toán, tăng tính bả ậ ủ ự ệ ạ ở ớ ật
lý li
cho m ng vô tuy n ad-hoc còn giúp gi m pha th i gian truy n d
ạ ế ả ờ ề ữ ệu hơn nữa,
ngƣờ ọi đó là kỹ ậ ạ ớ ậ
i ta g thu t mã hóa m ng l p v t lý (Physical-layer Network Coding)
[6].
Chính vì v y mà vi c k t h p h ng MIMO v i các k t truy n d n, mã
ậ ệ ế ợ ệ thố ớ ỹ thuậ ề ẫ
hóa và k t n i m ng vào các h ng truy n thông vô tuy ng ad-hoc, m ng
ế ố ạ ệ thố ề ến nhƣ mạ ạ
t ng,... là xu th t t y u c a s phát tri n khoa h c công ngh b t k p xu
ế bào di độ ế ấ ế ủ ự ể ọ ệ. Để ắ ị
hƣớng đó, thì việ ứ ệ ố ề ẫ ử ụ
c nghiên c u h th ng truy n d n MIMO-SDM s d ng PNC trên
kênh chuy n ti p hai chi u [7] là m ng nghiên c u h p d n và mang l i hi u qu
ể ế ề ột hƣớ ứ ấ ẫ ạ ệ ả
cao . n nay, vi c nghiên c u v h ng truy
trong tƣơng lai Nhƣng hiệ ệ ứ ề ệ thố ề ẫ ớ
n d n này m i
chỉ ừ ạ
d ng l i ở ế
lý thuy t và mô phỏng trên máy tính mà chƣa có nghiên cứ ọ
u khoa h c

15. Luận văn thạc sĩ 2016
15 Lê Doãn Thi n
ệ
nào đƣợ ể ầ ứ ằm đánh giá hiệu năng sử ụ ủ ệ ố
c tri n khai trên ph n c ng nh d ng c a h th ng
trƣớ ứ ụ ự ế
c khi đƣa vào ng d ng th c t .
V i nh ng lý do nêu trên, l a ch tài Lu t nghi
ớ ữ tôi đã ự ọn đề ận văn tố ệp là: “Thiết
k b tách sóng cho truy n thông MIMO-SDM chuy n ti p hai chi u s d ng PNC
ế ộ ề ể ế ề ử ụ ”.
2. L ch s nghiên c u
ị ử ứ
H ng MIMO c bi t trong nh ng cách hi u qu nh
ệ thố đƣợ ết đến nhƣ là mộ ữ ệ ả ất để
tăng dung lƣợ ề ệ ố ế ấ ề
ng kênh truy n trong h th ng thông tin vô tuy n [1], [8]. Có r t nhi u
bài báo khoa h công trình nghiên c u v cách c i ti n h
ọc, ứ ề ả ế ệ thống này, trong đó có
m t k t r t n i ti ng là h ng không gian th i gian phân l p theo chi u d
ộ ỹ thuậ ấ ố ế ệ thố ờ ớ ề ọc
c a Bell Labs (V-BLAST: Vertical Bell Labs Layered Space Time) [4]. H ng
ủ ệ thố
MIMO-SDM này s d ng ghép kênh phân chia theo không gian t i máy phát và s
ử ụ ạ ử
d ng b tách sóng tuy n tính nh m lo i b s can thi p nhi u t i máy thu, t
ụ ộ ế ằ ạ ỏ ự ệ ễ ạ ừ đó giúp
h l u qu .
ệ thống đạ ợ ộ
t đƣ c đ ợi ghép kênh nhằm tăng hiệ ả trải phổ
ng nghi i thi u k
Ahlswede và đồ ệp đã giớ ệ ỹ thu t mã hóa m ng (NC) [5] trong
ậ ạ
năm 2000 vào hệ ố ề ẫ ớ ỹ ậ
th ng truy n d n. V i k thu t này, các nút m ng trung gian thay vì
ạ
chỉ lƣu trữ và chuyể ế ữ ệu theo phƣơng pháp truyề ố ẽ ứ
n ti p d li n th ng, mà nó s có ch c
năng tổ ợ ừ đầ ở đầu ra nhƣ các điể
h p các gói tin các gói tin t u vào thành các gói tin m
phát. Lúc này, h ng truy n d n v i các nút m ng c coi là m
ệ thố ề ẫ ớ ạ đƣợ ạng phát đa điểm
v i h ng truy
ới thông lƣợng cao hơn so vớ ệ thố ề ẫ ề ống. Nhƣ vậ
n d n truy n th y, NC giúp
t h p thông tin t i các nút m ng, t o ra các gói tin m nh tuy n l ng truy
ổ ợ ạ ạ ạ ới, đị ế ại đƣờ ền
và đƣợ ộ ứ ề ợ ạ ạng. Sau đó vào năm
c coi là m t hình th c truy n thông h p tác t i các nút m
2003, Li và các đồ ệp đã giớ ệ ạ ế
ng nghi i thi u mã m ng tuy n tính (Linear Network
Coding) [18] m r ng nghiên c u v y các m m ch c
ở ộ ứ ề NC, đã cho thấ ạng phát đa điể ỉ ần
s d ng mã tuy n tính là có th ng yêu c u trong khi gi ph
ử ụ ế ể đạt đƣợc thông lƣợ ầ ảm độ ức
t p c a tính toán, giúp k t này có th n khai vào th .
ạ ủ ỹ thuậ ể triể ực tế
T công trình nghiên c u NC c ng nghi o ti cho
ừ ứ ủa Ahlswede và đồ ệp, đã tạ ền đề
Zhang và các đồ ệ ủ ứ ề ạ ớ ậ
ng nghi p c a mình nghiên c u v mã hóa m ng l p v t lý (Physical
layer Network Coding) [6] cho m ng vô tuy n ad- Các nhà nghiên
ạ ế hoc vào năm 2006.
có ý tƣở ạ ế ị tƣơng tự nhƣ NC nhƣng tạ ớ ật lý đố ớ
ng chính là t o ra các thi t b i l p v i v i

16. Luận văn thạc sĩ 2016
16 Lê Doãn Thi n
ệ
vi c thu và gi u ch các tín hi u d ng sóng thay cho các bit s . B ng cách s
ệ ải điề ế ệ ạ ố ằ ử
d ng k
ụ ỹ thu u ch và gi u ch , các thành ph n tín hi c ánh x thành các
ật điề ế ải điề ế ầ ệu đƣợ ạ
bit d u. T ng c a h ng lên 100% so v
ữ liệ ừ đó PNC cho phép tăng thông lƣợ ủ ệ thố ới
m ng truy
ạ ề ố ớ ạng NC thông thƣờ ử ụ
n th ng và 50% so v i m ng. PNC cho phép s d ng
h u h t các lý thuy t và các k c áp d u ch
ầ ế ế ỹ thuật đang đƣợ ụng cho NC đƣợc điề ỉnh để
áp d ng v m khác bi t gi a PNC và NC chính là vi c mã hóa thông tin
ụ ới chính nó. Điể ệ ữ ệ
sau khi thu đƣợ ừ các đầ ề ng điệ ừ ộ
c chúng t u vào. Khi có nhi u só n t trong cùng m t
không gian v t lý thì chúng s c c ng d n v ng thì vi c tr n l n
ậ ẽ đƣợ ộ ồ ới nhau, thông thƣờ ệ ộ ẫ
các sóng điệ ừ này đƣợ ộ ện tƣợ ễu, nhƣng đồ ờ nó cũng
n t c coi là m t hi ng gây nhi ng th i
đƣợ ộ ạ ạ ế ấ ế ồ ủ
c coi là m t d ng mã hóa m ng vô tuy n [6]. PNC coi tính ch t x p ch ng c a tín
hi t phép mã hóa t nhiên, và nó l i d ng mã hóa m ng t nhiên d ng can
ệu nhƣ mộ ự ợ ụ ạ ự ở ạ
nhi u vô tuy d d ng.
ễ ến thành có ích để ử ụ
Sau nh ng thành công c a vi c gi i thi ng s p t
ữ ủ ệ ớ ệu PNC, Zhang và các đồ ự tiế ục
áp d ng PNC vào trong các h ng M [9] c i thi ng, hi u qu s
ụ ệ thố IMO để ả ện thông lƣợ ệ ả ử
d ng ph và gi c t p tính toán. H ng M -PNC này trên kênh truy n
ụ ổ ảm độ phứ ạ ệ thố IMO ề
chuy n ti p hai chi u s d ng tách tín hi u tuy n tính t
ể ế ề ử ụ ệ ế ại các nút trung gian để thu
đƣợ ệ ố ới độ ứ ạ ấ ứ
c tín hi u t t v ph c t p th p. Trong nghiên c u này, các nút chuy n ti p t
ể ế ạo
ra các thành ph n t ng và hi u c u vào t
ầ ổ ệ ủa hai đầ ừ hai nút đích, sau đó mã hóa chúng
thành các gói mã hóa m y n ti p. Trong [10] Chung và các c ng s xu
ạng để chu ể ế ộ ự đề ất
s d ng b tách tín hi u tuy
ử ụ ộ ệ ến tính cƣỡ ứ ề ố bình phƣơng
ng b c v không (ZF) và sai s
trung bình t i thi u (MMSE) cho tín hi u ch c QAM. G n
ố ể ệu điề ế biên độ ầu phƣơng ầ
đây, Zhang ộ ự ế ụ ở ộ ứ ớ ộ ệ
và c ng s ti p t c m r ng nghiên c u MIMO-PNC v i b tách tín hi u
không gian th i gian phân l p theo chi u d c c a Bell Labs - t i nút
ờ ớ ề ọ ủ (V BLAST) ạ
chuy n p [11]. Nghiên c
ể tiế ứu này đề ấ ộ ế ự phƣơng
xu t hai b tách sóng tuy n tính d a trên
pháp s d ng t l - p ch n l c. T t c các h xu này
ử ụ ỷ ệ log likelihood và kết hợ ọ ọ ấ ả ệ thống đề ất
chỉ trƣờ ợ ồ ỉ ử ụ ột ăng ten và do đó không đạ
xem xét ng h p các nút ngu n ch s d ng m - t
đƣợ ộ ợ
c đ l i ghép kênh.
Chính nh u trên, Hi p và các c ng s xu ng d ng k
ững điề ệ ộ ự đã đề ất ứ ụ ỹ t PNC
thuậ
trong các h ng MIMO- cho kênh chuy
ệ thố SDM ề ể ế ề ở
n chuy n ti p hai chi u [7], [12] mà
đó, ấ ả ồn đều có hai ăng ể ế ốn ăng
t t c các nút ngu -ten, trong khi nút chuy n ti p có b -ten.

17. Luận văn thạc sĩ 2016
17 Lê Doãn Thi n
ệ
Các nút ngu n s d ng MIMO- i d u c a chúng thông qua nút
ồ ử ụ SDM để trao đổ ữ liệ ủ
chuy n ti p. -SDM cho phép
ể ế MIMO truyề ồ ữ ệ ệ ố
n hai lu ng d li u song song, nên h th ng
này đạt đƣợc độ ợ ấp đôi so vớ ệ ố ệ
l i ghép kênh g i các h th ng trong [9], [10], [11]. H
thố ự ệ ệ ạ ờ ử ụ ộ ế
ng th c hi n tách các ký hi u mã hóa m ng nh s d ng b tách sóng tuy n tính
k t h p v i lu t quy nh d a trên hàm log -Likelihood Ratio) và k t h p ch n
ế ợ ớ ậ ết đị ự (Log ế ợ ọ
l c c xu t trong [11] c m r i phó v i nhi ng kênh (CCI) gi
ọ đƣợ đề ấ đƣợ ở ộng để đố ớ ễu đồ ữa
hai ng d u phát. H ng MIMO-SDM-PNC này phân t p v
luồ ữ liệ ệ thố có cùng độ ậ ới
M -PNC trong [9] l
IMO nhƣng lạ ạ ợ
i đ t đƣ c gấp đôi độ ợi ghép kênh.
Cho t i t n bây gi , có r t nhi u bài báo khoa h c nghiên c u thi t k và th
ớ ậ ờ ấ ề ọ ứ ế ế ực
hi n các b tách sóng cho h ng MIMO trên FPGA [13], [14], [15]
ệ ộ ệ thố , nhƣng vẫn
chƣa có công trình nghiên cứu nào xem xét và đánh giá thiế ế ộ ệ
t k b tách sóng cho h
th t k
ố ự ế
ng MIMO-SDM-PNC d a trên thi ế ầ ứng, mà trong khi đó, đây là bƣớ ấ
ph n c c r t
quan tr c khi ti n hành s n xu t m ch tích h p.
ọng trƣớ ế ả ấ ạ ợ
3. M u
ục đích nghiên cứ
M u c a lu n án là gi i quy t thành công các v
ục đích nghiên cứ ủ ậ ả ế ấn đề mà đã
đƣợ ở ần trƣớ ụ ể
c phân tích ph c, c th là:
- xu t và th c hi n thi t k hai b tách sóng t truy n thông
Đề ấ ự ệ ế ế ộ ại nút đích cho ề
MIMO-SDM trên kênh truy n chuy n ti p hai chi u s d ng PNC trên FPGA
ề ể ế ề ử ụ
d a trên thu t toán tách sóng tuy ph c t p th p và
ự ậ ến tính ZF và MMSE có độ ứ ạ ấ
kh ng d ng th n.
ả năng ứ ụ ực tiễ
- u qu thông qua tài nguyên tiêu th ng và t
Đánh giá hiệ ả thiết kế ụ, thông lƣợ ố ộ
c đ
c ng.
ủa hệ thố
4. ng nghiên c u
Đố ợ
i tƣ ứ
Đố ợ ứ ủ ề ứ
i tƣ ng nghiên c u c a đ tài nghiên c u là:
- n chuy n ti p hai chi u.
Kênh vô tuyế ể ế ề
- K t truy n thông MIMO-SDM.
ỹ thuậ ề
- K t mã hóa m ng l p v t lý PNC.
ỹ thuậ ạ ớ ậ
- B u tuy n tính ZF và MMSE và thi n trên FPGA.
ộ tách tín hiệ ế ết kế thực hiệ

18. Luận văn thạc sĩ 2016
18 Lê Doãn Thi n
ệ
5. Các đóng góp củ ậ
a lu n văn
Luận văn đã đạt đƣợ ế ả ứu và đóng góp đề ấ ớ ự
c các k t qu nghiên c xu t m i và th c
hi n thi t k hai b tách sóng t n thông MI -SDM trên kênh
ệ ế ế ộ ại nút đích cho truyề MO
truy n chuy n ti p hai chi u s d ph c t p th p và kh
ề ể ế ề ử ụng PNC trên FPGA có độ ứ ạ ấ ả
năng ứ ụ ự ễn. Đề ấ ới này có ý nghĩa khoa họ ả năng ứ
ng d ng th c ti xu t m c và có kh ng
d ng cho vi n xu t m ch tích h p sau này.
ụ ệc sả ấ ạ ợ
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
háp nghiên c u s d ng trong lu d ng ngôn ng
Phƣơng p ứ ử ụ ận văn là sử ụ ữ Verilog
để ế ế ế ộ
thi t k ki n trúc hai b tách sóng trên Xilinx Virtex7-XC7VX690T FPGA. Xây
d ng mô hình ki m tra k t qu tính toán trên FPGA b ng cách s d ng ph n m
ự ể ế ả ằ ử ụ ầ ềm
Matlab để ạ ị đầ ẫ ế ả tính toán đầ Đánh
t o các giá tr u vào ng u nhiên và so sánh k t qu u ra.
giá hi u qu t k thông qua tài nguyên tiêu th ng và t c a h
ệ ả thiế ế ụ, thông lƣợ ố ộ
c đ ủ ệ thống
b ng ph n m m ISE c
ằ ầ ề ủa Xilinx.

19. Luận văn thạc sĩ 2016
19 Lê Doãn Thi n
ệ
Chƣơng I: TỔ Ệ Ố
NG QUAN H TH NG MIMO
1.1 Mô hình h ng MIMO
ệ thố
n, h ng MIMO (Multiple Input Multiple Output) [1]
Trong thông tin vô tuyế ệ thố
là m pháp ng k t n i vô tuy n b ng cách truy n và nh n tín
ột phƣơng tăng dung lƣợ ế ố ế ằ ề ậ
hi u trên nhi ng khác nhau, b ng cách s d ng ng th i nhi u - u ra
ệ ều đƣờ ằ ử ụ đồ ờ ề ăng ten đầ
(hình 1.1) [16]. thành m t y u t t y
MIMO đã trở ộ ế ố thiế ế ủ ẩ ề
u c a tiêu chu n truy n thông
không dây bao g m IEEE 802.11n (Wi-Fi), IEEE 802.11ac (Wi-Fi), HSPA + (3G),
ồ
WiMAX (4G), và Long Term Evolution (4G),... ng c viên sáng giá
và đây là một ứ ử
cho thế ệ ạ ế ế
h m ng vi n thông ti p theo (5G).
Hình 1.1 Mô hình hệ ố
th ng MIMO
MIMO là các h ng truy n d n vô tuy n s d ng th i nhi -ten
ệ thố ề ẫ ế ử ụng đồ ờ ều ăng ở
máy phát và máy thu nhƣ ở ỗ ệ
hình 1.1. Chu i tín hi u phát { sn} đƣợ ả
c mã hóa theo c
hai mi -ten phát) và th i gian nh b mã hóa không
ền không gian (theo hƣớng các ăng ờ ờ ộ
gian th i gian (STE: SpaceTime Encoder). Tín hi c mã hóa không gian-
ờ ệu sau khi đƣợ
thời gian đƣợc phát đi nhờ ử ụ ậ ới M ăng
N anten phát. Máy thu s d ng phân t p thu v -ten
thu. t ng h p gi máy phát (Tx) và máy thu (Rx) có u vào u ra,
Kênh ổ ợ ữa N đầ và M đầ
và vì v g i là kênh MIMO M x N. ng gi -ten phát
ậy, đƣợc ọ Để tránh ảnh hƣở ữa các ăng
ho c gi -ten thu v i nhau thì kho ng yêu c u t i thi u gi a các ph n t
ặ ữa các ăng ớ ả cách ầ ố ể ữ ầ ử
ăng a bƣ
- t là m
ten ít nhấ ột nử ớc sóng.

20. Luận văn thạc sĩ 2016
20 Lê Doãn Thi n
ệ
Ở đây, mỗi ăng ận đƣợ ỉ ệ ự ế
-ten thu nh c không ch các tín hi u tr c ti p dành cho nó,
nhƣng cũng nhận đƣợ ệ ừ các đƣờ ền khác. Nhƣ vậy, đáp ứ
c tín hi u t ng truy ng kênh
đƣợ ể ện nhƣ mộ ận H. Đƣờ ề ự ế ữa ăng ứ
c th hi t ma tr ng truy n tr c ti p hình thành gi -ten th
nh -ten th nh t t i di n b ng kênh h
ất ở máy phát và ăng ứ ấ ại máy thu đƣợc đạ ệ ởi đáp ứ 11,
tƣơng t v ng truy
ự ới các đƣờ ền khác. Nhƣ vậ ậ ền có kích thƣớ
y, ma tr n kênh truy c M x
N.
Ma tr n v - nh máy thu u di n b ng công th
ậ éc tơ y ận đƣợc ở đƣợc biể ễ ằ ức (1.1):
   

v i các ma tr c bi u di
ớ ận đƣợ ể ễn nhƣ sau:
 







;  








;  


 


 

 

 

 

 

 
 

;  








.
1.1.1 ng kênh MIMO
Dung lượ
Dung lƣợ ền đƣợc định nghĩa là tốc độ
ng kênh truy truyề ẫ ối đa vớ ộ
n d n t i m t
xác su t l i nh i v i kênh truy n không s d ng phân t
ấ ỗi tƣơng đố ỏ nào đó. Đố ớ ề ử ụ ập, có độ
l , ch u ng c a t p âm c ng tr ng kênh truy n có th
ợi h ị ảnh hƣở ủ ạ ộ ắng Gauss thì dung lƣợ ề ể
đƣợ ức Shannon nhƣ sau
c tính theo công th [17]:


 

  












n c a kênh truy n tính b ng Hz và
trong đó, W là băng tầ ủ ề ằ 


chính là t s
ỉ ố tín
hi u trên t p âm (SNR) t u vào máy thu. T công th c (1.2) chúng ta th y r
ệ ạ ại đầ ừ ứ ấ ằng
v i m t kênh vô tuy r n nh nh không s d ng phân t p không
ớ ộ ến có độ ộng băng tầ ất đị ử ụ ậ
gian (SISO: Single Input Single Output ng kênh truy n t l v i SNR
) thì dung lƣợ ề ỉ ệ ớ ở
đầ ậ ậ
u vào máy thu theo lu t logarith. Vì v y, mu ng kênh truy n thì ch
ốn tăng dung lƣợ ề ỉ
có cách tăng công suất phát. Tuy nhiên, do m i quan h ng kênh
ố ệ logarith nên dung lƣợ
truy h
ền SISO tăng rất c ậm.
xu kh c ph c h n ch v ng kênh truy n c a các
MIMO đƣợc đề ất để ắ ụ ạ ế ề dung lƣợ ề ủ
h ng SISO. V N - phát và M - ng pha-
ệ thố ới ăng ten ăng ten thu, trong môi trƣờ đinh

21. Luận văn thạc sĩ 2016
21 Lê Doãn Thi n
ệ
Rayleigh giàu tán x và bi i ch m, kênh MIMO N x M hình 1.1, cho phép
ạ ến đổ ậ nhƣ ở
đạ ợc dung lƣợ ề
t đƣ ng kênh truy n:

 



  

  

 
  


  

Xem xét công th c (1.3), chúng ta th y r ng c
ứ ấ ằng dung lƣợ ủa kênh MIMO tăng
tuy n tính theo s -ten phát ho c thu và có th n r = min(M,N) l n dung
ế ố ăng ặ ể đạt đế ầ
lƣợ ủ ộ
ng c a m t kênh truyền SISO.
1.1.2 Các phương pháp truyề ẫ
n d n MIMO
K t qu nghiên c u v ng kênh truy y m t làn
ế ả ứ ề dung lƣợ ền MIMO đã thúc đẩ ộ
sóng nghiên c u các k t truy
ứ ỹ thuậ ề ẫ ằm đạt đƣợc dung lƣợ ế
n d n nh ng lý thuy t mong
muố ế ớ đề ấ ộ ệ ố
n. Ti p theo công trình chung v i Gans, Foschini [16] xu t m t h th ng
truy n d n theo l p k p v i mã hóa nh ng kênh truy n mong
ề ẫ ớ ết hợ ớ ằm đạt đƣợc dung lƣợ ề
muố hƣ kế ả
n n t qu ở ứ ế ả ứ ủ
công th c (1.3). Tuy nhiên, k t qu nghiên c u c a Foschini [16]
cho th ng kênh truy
ấy dung lƣợ ề ở ự ế ỉ ột đƣờ ớ ạ
n MIMO (1.3) th c t ch là m ng gi i h n
trên có th c nh k t h ph
ể đạt đƣợ ờ ế ợp các phƣơng pháp mã hóa và thuật toán có độ ức
t p hay gi m không có gi i h n. Vì v
ạ ữ chậ ớ ạ ậy, để có đƣợ ệ ố ề ẫ
c các h th ng truy n d n
MIMO hi u qu có th ng d ng trong th c t , các công trình nghiên c u v MIMO
ệ ả ể ứ ụ ự ế ứ ề
đã tậ ệc đề ất các phƣơng pháp truyề ẫ ỏa mãn đƣợ ự ằ
p trung vào vi xu n d n th c s cân b ng
gi l kênh ph p c n thi
ữ ộ
a đ ợi thu đƣợc từ MIMO và độ ức tạ ầ ết. Các phƣơng pháp truyền
d n này có th phân lo
ẫ ể ại thành hai nhóm sau:
- kênh phân chia theo không gian (SDM: Spatial Division Multiplexing)
Ghép :
Phƣơng pháp này tậ ệc gia tăng tốc độ ề ẫ ằ
p trung vào vi truy n d n b ng cách
truy ng th i m t lo t các lu ng tín hi c l -ten phát và s
ền đồ ờ ộ ạ ồ ệu độ ập qua các ăng ử
d ph p th duy trì t s l i bít cho phép.
ụng các máy thu có độ ức tạ ấp để ỉ ố ỗ
- Mã hóa không gian th i gian (STC: Space-Time Coding): Khác v
ờ ới phƣơng
pháp ghép kênh theo không gian, mã không gian- i gian k t h p vi c mã hóa
thờ ế ợ ệ
gi a các lu ng tín hi t p (diversity gain) nh
ữ ồ ệ ể
u đ ối đa hóa độ tăng ích phân tậ ằm
gi m thi u t s l i bít (BER).
ả ể ỉ ố ỗ

22. Luận văn thạc sĩ 2016
22 Lê Doãn Thi n
ệ
1.1.3 Ghép kênh chia theo không gian
Hình 1.2 Sơ đồ phân kênh theo không gian
Nguyên lý c hân kênh theo không gian r n [16]
ủa phƣơng pháp p ất đơn giả : ở
máy phát (Tx), lu ng tín hi c chia nh (DEMUX) thành N lu ng nh s
ồ ệu phát đƣợ ỏ ồ ỏ n(t)
và truy ng th -ten phát. T i máy thu, các lu ng tín hi u s c tách
ền đồ ời qua N ăng ạ ồ ệ ẽ đƣợ
riêng ra r i ghép l i (MUX) v
ồ ạ ới nhau. Phƣơng pháp phân kênh theo không gian này
đƣợ ả ở ệ ừ ăng ệ ệ
c mô t hình 1.2. Do tín hi u phát t -ten khác nhau nên vi c tách tín hi u
c a m i lu ng phát máy thu s u ng nhi ng kênh t các lu ng còn
ủ ỗ ồ ở ẽ chị ảnh hƣở ễu đồ ừ ồ
l i. Vì v y, máy thu c n s d ng m t b tách tín hi u t t có kh t s
ạ ậ ầ ử ụ ộ ộ ệ ố ả năng cung cấp ỉ ố
l i bít (BER) th ng th i l i không yêu c u quá cao v ph c t p tính toán. Do
ỗ ấp, đồ ờ ạ ầ ề độ ứ ạ
máy phát s d ng n là m
ử ụ ở phƣơng pháp phân kênh theo không gian này chỉ đơn thuầ ột
b phân kênh, các nghiên c u v MIMO- u t p trung vào vi c thi t k b tách
ộ ứ ề SDM đề ậ ệ ế ế ộ
tín hiệ ở
u máy thu.
1.1.4 Mã hóa Không gian – Thời gian
Mã hóa không gian- ng phân
thời gian là phƣơng pháp mã hóa cho các hệ thố
tập phát. Phƣơng pháp mã hó ời gian đƣa đồ ời tƣơng quan trong
a không gian-th ng th
c hai mi n không gian và th i gian vào trong tín hi u phát, k t h p v i k
ả ề ờ ệ ế ợ ớ ỹ thu t tách
ậ
tín hi u máy thu nh l i phân t p và có th c l i mã hóa. Mã
ệ ở ằm đạt đƣợc độ ợ ậ ể ả độ ợ
không gian- i gian có th c phân lo i thành hai lo i: mã kh i không gian-
thờ ể đƣợ ạ ạ ố thời
gian (STBC: Space-Time Block Code i không gian- i gian (STTC:
) và mã lƣớ thờ
Space-Time Trellis Code m thi t k và gi n. Tuy
). Mã STBC có ƣu điể ế ế ải mã đơn giả

23. Luận văn thạc sĩ 2016
23 Lê Doãn Thi n
ệ
nhiên, mã STBC l i ch cung c l i phân t p phát mà không cung c l i mã
ạ ỉ ấp độ ợ ậ ấp độ ợ
hóa. Ngƣợ ại, mã STTC cho phép thu đƣợ ả độ ợ ập và mã hóa, nhƣng
c l c c l i phân t
vi c thi t k và gi i mã l i ph c t mã hóa không gian- i gian thì
ệ ế ế ả ạ ứ ạp. Trong các sơ đồ thờ
phƣơng pháp STBC do Alamouti đề ất năm 1998 đƣợc đánh giá là phƣơng
xu pháp
hi u qu nh [17] pháp c a Alamouti s d ng
ệ ả ất . Phƣơng ủ ử ụ phƣơng pháp mã hóa và giải
mã n, tuy nhiên l i cho phép t c t
đơn giả ạ đạ đƣợc đầy đủ ả ốc độ mã và độ ậ
phân t p cho
các b c.
ộ ệ ứ
tín hi u ph
Hình 1.3 Sơ đồ ệ ố ử ụ ủ
h th ng MIMO s d ng mã STBC c a Alamouti
Hình 1.3 mô t c u hình m t h ng MIMO s d ng mã STBC c a Alamouti
ả ấ ộ ệ thố ử ụ ủ
s d - -ten thu. S -ten phát b gi i h n b ng N
ử ụng hai ăng ten phát và hai ăng ố lƣợng ăng ị ớ ạ ằ
= 2 trong khi s -ten phát M có th t k l i phân t p t
ố ăng ể tăng lên bấ ỳ để thu đƣợc độ ợ ậ ốt
hơn. Nguyên lý, mã hóa của Alamouti nhƣ sau: tạ ời điểm k , ăng ứ ấ
i th -ten phát th nh t
phát đi sk trong khi ăng ứ hai phát đi s
-ten phát th k+1, v i d u * bi u di n phép toán l
ớ ấ ể ễ ấy
liên h p ph c. T i th i m ti -ten phát th nh
ợ ứ ạ ờ điể ếp theo, ăng ứ ất phát đi –s*k+1, trong khi
anten phát thứ hai phát đi s*k. Do tín hi -ten phát tr c giao v
ệu phát đi từ hai ăng ự ới
nhau nên vi c gi n hóa nh s d ng các b k t h p (combiner)
ệ ải mã đƣợc đơn giả ờ ử ụ ộ ế ợ
tuy n tính k t h p v i tách tín hi u h p l t Maximum Likelihood
ế ế ợ ớ ệ ợ ẽ ối đa (MLD:
Detector).

24. Luận văn thạc sĩ 2016
24 Lê Doãn Thi n
ệ
1.2 Các b tách tín hi u tuy n tính
ộ ệ ế
D a theo tính ch t tuy n tính c a u, các b tách tín
ự ấ ế ủ phƣơng pháp tách tín hiệ ộ
hi u MIMO- c phân lo i thành hai nhóm l n là các b tách tín hi u tuy
ệ SDM đƣợ ạ ớ ộ ệ ến
tính và các bộ ệ
tách tín hi u phi tuyến (hình 1.4) [16]:
Các bộ tách tín hiệu
MIMO-SDM
Tách tín hiệu tuyến
tính MMSE, ZF
Tách tín hiệu phi
tuyến ML, SD, QRD
Tách tín hiệu kết hợp SIC,
PIC, ML-MMSE
Hình 1.4 Phân lo i các b tách tín hi u MIMO-SDM
ạ ộ ệ
Các b tách tín hi u tuy n tính tiêu bi u bao g m: B tách tín hi u ZF ( -
ộ ệ ế ể ồ ộ ệ Zero
Forcing: cƣỡ ứ ằ ộ ệ
ng b c b ng không) và b tách tín hi u MMSE (Minimum Mean-Square
Error: sai s i thi u) m c a các b tách tín hi u tuy n tính này
ố bình phƣơng tố ể . Ƣu điể ủ ộ ệ ế
là có độ ứ ạ ấ ễ ự ệ ờ ậ ổ ế
ph c t p tính toán th p và d th c hi n nh thu t toán thích nghi ph bi n
nhƣ LMS (Least Mean Square: bình phƣơng trung bình nhỏ ấ
nh t), RLS (Recursive
Least Square nh t qui h m c a các b tách tín hi u
: bình phƣơng nhỏ ấ ồi),… Nhƣợc điể ủ ộ ệ
tuy n tính này là ph m ch t tách tín hi u (t s l i th
ế ẩ ấ ệ ỉ ố ỗi bít) đạt đƣợc tƣơng đố ấp, đặc
bi t là khi s d ng s -ten phát l n. G vi c áp d ng v i thu
ệ ử ụ ố lƣợng ăng ớ ần đây, nhờ ệ ụ ớ ật
toán lattice-reduction các b tách tín hi u tuy n tính ZF và MMSE có th c t
ộ ệ ế ể đạt đƣợ ỉ
s l i bít (BER) g n t ph c t p tính toán h
ố ỗ ầ ối tƣu, trong khi độ ứ ạ ầu nhƣ không đổi.
c l i v i các b tách tín hi u tuy
Ngƣợ ạ ớ ộ ệ ế ộ ệ ế
n tính thì các b tách tín hi u phi tuy n
có ƣu điể ẩ ấ ốt hơn, nhƣng lạ ả ịu nhƣợc điể ề độ ứ
m là có ph m ch t BER t i ph i ch m v ph c
t p tính toán l n. Trong các b tách t u phi tuy n, b tách tín hi u ML (Maximum
ạ ớ ộ ín hiệ ế ộ ệ
Likelihood: h p l c là b tách tín hi u t c là có ph m ch t BER t
ợ ệ ực đại) ộ ệ ối ƣu, tứ ẩ ấ ốt

25. Luận văn thạc sĩ 2016
25 Lê Doãn Thi n
ệ
nhất. tuy nhiên, độ ứ ạ ủ ộ ệ ạ ớ ấ ế
ph c t p tính toán c a b tách tín hi u ML l i l n nh t (bi n thiên
theo hàm mũ), vì vậy, b tách tín hi u này r c s d ng trong th c t . G n
ộ ệ ất ít khi đƣợ ử ụ ự ế ầ
đây, các nhà nghiên cứu đã đề ấ ụ ậ ả ầ
xu t áp d ng thu t toán gi i mã c u (sphere decoding)
vào b tách tín hi u ML nh m gi ph c t p tính toán c n m c có th áp
ộ ệ ằ ảm độ ứ ạ ủa nó đế ứ ể
d c trong th c t . Các b tách tín hi u s d ng thu t toán gi i mã c u, g i t t là
ụng đƣợ ự ế ộ ệ ử ụ ậ ả ầ ọ ắ
các b tách tín hi u SD, hi n t tách tín hi
ộ ệ ệ ại đang là các bộ ệu đƣợc đánh giá là có triển
v ng nh t do chúng có ph m ch tách tín hi u t
ọ ấ ẩ ất nhƣ bộ ệ ối ƣu ML trong khi lại có độ
ph p tính toán bi
ức tạ ến thiên theo đa thức.
Xét m t cách t ng quát thì vào th m mà yêu c u v tính toán p v
ộ ổ ời điể ầ ề độ thấ ẫn
là quan tr n nay thì các b tách tín hi u tuy
ọng nhƣ hiệ ộ ệ ến tính có ƣu điểm hơn và
thƣờng đƣợ ụ ự ế ều hơn. Chính vì vậ ận văn này,
c áp d ng trong th c t nhi y, mà trong lu
tôi tách
t p trung nghiên c u vào các b
chỉ ậ ứ ộ tín hi u tuy n tính.
ệ ế
Phầ ủ ộ ộ ệ ế ộ ế ợ ế ể ễ
n lõi c a m t b tách tín hi u tuy n tính là b k t h p tuy n tính bi u di n
b i ma tr n tr ng s (weight matrix) (hình 1.5). D a trên ma tr n tr ng s này, vé-
ở ậ ọ ố W ự ậ ọ ố
tơ tín hiệu ƣớc lƣợng đƣợc 
là k t qu c a phép k t h p (nhân) tuy n tính gi a véc-
ế ả ủ ế ợ ế ữ tơ
tín hiệ ậ ọ ố
u thu và ma tr
y n tr ng s :
W

  

Hình 1.5 Sơ đồ ộ ệ ế
b tách tín hi u tuy n tính cho MIMO-SDM
Các giá trị ƣớc lƣợng đƣợc 
 này sau đó sẽ đƣợc đƣa qua mộ ộ ết định để
t b quy
l u ra cho b u:
ựa chọn đầ ộ tách tín hiệ

26. Luận văn thạc sĩ 2016
26 Lê Doãn Thi n
ệ

 


 




t u di n toán t quy
rong đó,  {•} biể ễ ử ết định hay lƣợ ử ờ ợ
ng t hóa. Trong trƣ ng h p tín
hi u ch b quy
ệu phát đƣợc điề ế ằng phƣơng pháp BPSK thì toán tử ết định tƣơng đƣơng
v y d u ph n th
ới phép lấ ấ ầ ực của 

, tức là:

 







trong đó sign{•} và {•} biể ễn tƣơng ứ ử ấ
 u di ng các toán t l y d u và l y ph n th
ấ ấ ầ ực
c a m t s ph c. Tùy thu n tr ng s chúng ta có các
ủ ộ ố ứ ộc vào phƣơng pháp tìm ma trậ ọ ố W
b ng ZF và MMSE.
ộ tách tín hiệu tƣơng ứ
1.2.1 B tách tín hi u ZF
ộ ệ
B tách tín hi u ZF còn có tên g i là b tách tín hi u LS (Least Square: bình
ộ ệ ọ ộ ệ
phƣơng nhỏ ấ ả ấ ủ ộ ệ ả ử ạ ằ
nh t) [16]. B n ch t c a b tách tín hi u LS là gi s t p âm b ng không
r i s d tim các tín hi u phát s
ồ ử ụng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất để ệ n. Vi c này
ệ
tƣơng đƣơng ớ ả ộ ệ M phƣơng trình vớ ẩ ố
v i gi i m t h i N n s .
tìm
Ma tr n tr ng s
ậ ọ ố: Hàm chi phí (cost function) để s đƣợc định nghĩ nhƣ
(công thức 1.7) sau:

 











trong đó,   


bi u di n phép toán l y chu n (norm) c -
ể ễ ấ ẩ ủa véc tơ hay ma trận.
Sau quá trình bi i theo [16], thì chúng ta có th c (công th :
ển đổ ể tìm đƣợ ức 1.8)

 





Do 




 

là m t ma tr v i N hàng N c t nên chúng ta
ộ ận đơn vị ớ ộ
thấy ngay r ng b tách tín hi ra t ng hi u phát
ằ ộ ệu ZF đã tách riêng ừ tín ệ 
 và lo i b
ạ ỏ
hoàn nhi u c a tín hi u t -ten khác. Hay nói cách khác, can nhi u t
toàn ễ ủ ệ ừ các ăng ễ ừ các
ăng cƣ
-ten bên cạnh đã bị ỡ ứ ằ ệ ậ
ng b c b ng không (tri t tiêu). Vì v y ngoài tên g i LS, b
ọ ộ
tách sóng này còn có tên gọi ZF, hay cƣỡ ứ
ng b c bằng không.
Và ma tr n tr ng s cho b tách tín hi c 1.9) sau:
ậ ọ ố ộ ệu ZF nhƣ (công thứ

27. Luận văn thạc sĩ 2016
27 Lê Doãn Thi n
ệ
 





  
Do giá tr ph thu c vào ma tr n kênh truy n nên máy thu ch c
ị W chỉ ụ ộ ậ ề H ỉ ần ƣớc
lƣợ ậ ề ử ụng nó để ệ
ng ma tr n kênh truy n H và s d tách các tín hi u phát 
 phía thu.
ở
M c dù b tách tín hi u ZF ch áp d c cho các kênh truy n có s hàng
ặ ộ ệ ỉ ụng đƣợ ề ố
M l n s c t N, trong m t s t ng h p chúng ta v n mong mu n s d ng m t b
ớ ố ộ ộ ố rƣờ ợ ẫ ố ử ụ ộ ộ
tách tín hi cho kênh truy ng h i s
ệu tƣơng tự ền N>M. Trong trƣờ ợp đó, chúng ta phả ử
d t h p v i s nhân Lagrange, chúng ta có th
ụng phƣơng pháp SVD kế ợ ớ ố ể tìm đƣợc 
ở
d :
ạng tƣơng tự

 





c ma tr n tr ng s ng h p này là:
Và chúng ta tìm đƣợ ậ ọ ố cho trƣờ ợ
  


  
nh
Sai số bình phƣơng trung bình (MSE): Phƣơng pháp thông thƣờng để tí
MSE là tính ma tr tìm ra các giá tr
ận tƣơng quan sai số (error covariance matrix) để ị

 g n v i vi u phát
ắ ớ ệc tách các ký hiệ 
trên đƣờng chéo chính.
[16], giá tr MSE trung bình c
Theo ị ủa phƣơng pháp ZF là:



























ý r ng ph n l ph c t p tính toán c a b tách tín hi u t p trung vào
Để ằ ầ ớn độ ứ ạ ủ ộ ệ ậ
phép l y ngh ch o ma tr n (
ấ ị đả ậ 


ho c
ặ 



 Vì v ph c t p tính toán
ậy, độ ứ ạ
c a b tách tín hi u ZF t l v i hàm b c ba c a min(M,N), t c là,
ủ ộ ệ ỉ ệ ớ ậ ủ ứ







.
m n i b t c a b tách tín hi n và có yêu c
Ƣu điể ổ ậ ủ ộ ệu ZF hay LS là đơn giả ầu độ
ph c t p tính toán th p. Tuy nhiên, sai s gi và
ứ ạ ấ ố ữa s 
ph c vào công su t t p âm
ụ thuộ ấ ạ
và s có giá tr l n n u các giá tr riêng c a ma tr n
ẽ ị ớ ế ị ủ ậ 
 có giá tr nh u này
ị ỏ. Điề

28. Luận văn thạc sĩ 2016
28 Lê Doãn Thi n
ệ
chứ ỏ ằ ộ ệ ị ảnh hƣở ủ ệ ứ ếch đạ ạ
ng t r ng b tách tín hi u ZF ch u ng c a hi u ng khu i t p âm
(noise amplification). Vì vậy, nó thƣờ ợ ớ ề ỉ ố
ng thích h p v i các kênh truy n có t s SNR
cao.
1.2.2 B tách tín hi u MMSE
ộ ệ
Khác v i b tách tín hi c tính th ng kê c a tín hi u t -
ớ ộ ệu ZF, ngoài đặ ố ủ ệ ừ các ăng
ten phát, b tách tín hi u MMSE (Minimum Mean Square Error: sai s
ộ ệ ố bình phƣơng
trung bình t i thi u) n c c tính t p âm t -ten thu. Do
ố ể còn xem xét đế ả đặ ạ ại các nhánh ăng
đó, bộ ệ ắ ục đƣợc nhƣợc điể ếch đạ ạ ủ ộ
tách tín hi u MMSE kh c ph m khu i t p âm c a b
tách tín hiệu ZF.
Ma tr n tr ng s tìm ma tr n tr ng s c a b tách tín hi
ậ ọ ố: Hàm chi phí để ậ ọ ố ủ ộ ệu
MMSE đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
  










t c là chúng ta c n tìm ma tr n tr ng s t i gi n hóa giá tr trung bình sai s
ứ ầ ậ ọ ố W để ố ả ị ố
bình phƣơng giữ tơ phát. Và theo , chúng ta tìm đƣợ ậ ọ ố
a các véc- [16] c ma tr n tr ng s :
  




 


trong đó,  




 là SNR trên m -ten thu.
ỗi ăng
Theo [16], chúng ta có giá tr trung
Sai số bình phƣơng trung bình (MSE): ị
bình t i thi u c
ố ể ủa phƣơng pháp MMSE là:











  



u di
Biể ễn phƣơng pháp MMSE đồ ạ ớ
u di ng d ng v i ZF: Phƣơng pháp biể ễn
MMSE đồ ạ ới ZF đƣợc Hassibi đƣa ra. Sử ụ ến đổ
ng d ng v d ng phép các phép bi i toán
h c ma tr n tr ng s (1.14), ta có:
ọ ậ ọ ố W ở
  
 







29. Luận văn thạc sĩ 2016
29 Lê Doãn Thi n
ệ
Định nghĩa:









 và 




 (1.17)
thì phƣơng pháp tách tín hiệ ể đƣợ ể ễ ở ạng tƣơng tự ZF nhƣ
u MMSE có th c bi u di n d
sau:

  
 




Cách bi u di n này cho phép chúng ta áp d ng qua l
ể ễ ụ ại hai phƣơng pháp MMSE và ZF
khi c n thi
ầ ết.
B tách tín hi n và d n khai trong th c t
ộ ệu MMSE có ƣu điểm là đơn giả ễ triể ự ế
nh các thu t toán thích ng c p ph n trên, do b
ờ ậ hi nhƣ LMS, RLS,… Nhƣ đã đề ậ ở ầ ộ
tách tín hi c tính c a t p âm nên kh c ph
ệu MMSE có tính đến đặ ủ ạ ắ ục đƣợc nhƣợc điểm
khu i t p âm c a b tách tín hi u ZF. Vì v y, ph m ch t BER hay S c a b
ếch đạ ạ ủ ộ ệ ậ ẩ ấ INR ủ ộ
tách tín hi ng t a b tách tín hi
ệu MMSE thƣờ ốt hơn củ ộ ệu ZF. Ngoài ra, cũng giống nhƣ
b tách tín hi u ZF, b tách tín hi ph c t p tính toán th p. Do ph n
ộ ệ ộ ệu MMSE có độ ứ ạ ấ ầ
l u t o ma tr n công th c (1.14) nên b
ớn độ tính toán đề ập trung vào phép tính đả ậ ở ứ ậc
ph p c tách tín hi u là O (
ức tạ ủa bộ ệ 
.
1.3 K thu t chuy n ti p vô tuy n
ỹ ậ ể ế ế
[12] n c a k thu t chuy n ti p vô tuy n là s d ng các
Theo , nguyên lý cơ bả ủ ỹ ậ ể ế ế ử ụ
trạ ể ế ọ ặp để ể ế ận đƣợ ừ ộ
m chuy n ti p hay còn g i là phát l chuy n ti p thông tin nh c t m t
chặng đế ặ ế ằ ở ộ ự ề ẫ ụ điể ề
n ch ng ti p theo nh m m r ng c ly truy n d n. Các ví d n hình v
chuy n ti p vô tuy n có th ng truy n vi ba c a thông tin vô tuy
ể ế ế ể thấy đƣợc ở các đƣờ ề ủ ến
m t ho ng truy
ặt đấ ặc các đƣờ ề ệ tinh, trong đó ộ phát đáp đóng vai trò
n thông tin v các b
trạm chuyể ế c đƣờ ền này đề ột đặc điể ạm đầ
n ti p. Cá ng truy u có chung m m là các tr u
cuố ể ếp đề ố đị ạ ể ếp đều đƣợ ế ế để ụ ụ
i và chuy n ti u c nh và các tr m chuy n ti c thi t k ph c v
chuyên d ng cho chuy n ti p vô tuy n.
ụ ể ế ế
M c s d ng t khá lâu trên các h ng vi ba hay v tinh nói trên,
ặc dù đã đƣợ ử ụ ừ ệ thố ệ
nhƣng chỉ đế ảng hơn chục năm gần đây chuyể ế ế ới đƣợ ắt đầ
n kho n ti p vô tuy n m c b u

30. Luận văn thạc sĩ 2016
30 Lê Doãn Thi n
ệ
đề ập đế ứ ụ ến di độ ế
c n trong các ng d ng thông tin vô tuy ng và thông tin vô tuy n ad-
hoc. Lý do có th c v d ng. Tuy nhiên, v
ể thấy đƣợc đó là do ràng buộ ề khả năng sử ụ ới
s phát tri n m nh m c a công ngh n t thì vi c s d ng các tr u cu
ự ể ạ ẽ ủ ệ điệ ử ệ ử ụ ạm đầ ối nhƣ
m t tr m chuy n ti p không còn khó kh n v m t k thu t mà ch là v t c và
ộ ạ ể ế ă ề ặ ỹ ậ ỉ ấn đề thủ ụ
nh n th c c i dùng. Vi ng d ng k
ậ ứ ủa ngƣờ ệc ứ ụ ỹ t chuy n ti p vô tuy
thuậ ể ế ế ệ
n cho các h
thố g tin di độ ế ậ
ng thôn ng và vô tuy n ad-hoc vì v y s còn là v i gian. Do
ẽ chỉ ấn đề thờ
tính ch t th i s c ng d ng cho các h ng này nên trong các ph n ti p theo c
ấ ờ ự ủa ứ ụ ệ thố ầ ế ủa
lu thu th
ận văn sẽ ỉ ậ ỹ
ch t p trung vào k ậ ể ế ế ệ
t chuy n ti p vô tuy n cho các h ống di động
t bào và vô tuy n ad-hoc.
ế ế
M t ví d n hình v vi c s d ng chuy
ộ ụ điể ề ệ ử ụ ể ế ế ạ
n ti p vô tuy n trong m ng thông tin
di độ ử ụ ạ
ng là s d ng các tr m chuyể ếp (RS: Relay Station) nhƣ ộ ế ị để
n ti m t thi t b truyền
d u gi a tr m g c BS và thi t b i dùng (UE/MS): User Equipment/Mobile
ữ liệ ữ ạ ố ế ị ngƣờ
Station). Hình 1.6 mô t m t mô hình m ng chuy n ti n v u cu
ả ộ ạ ể ếp đơn giả ới các nút đầ ối
là tr m BS và MS, và m t tr m chuy n ti
ạ ộ ạ ể ếp (Relay) trung gian, trong đó các nút đầu
cuối trao đổ ữ ệ ạ ể ếp. Nhƣ vậy, đƣờ ề ế ẽ
i d li u thông qua tr m chuy n ti ng truy n vô tuy n s
có hai ch ng truy n d n. Ch ng t m g n chuy n ti c g i là tuy n
ặ ề ẫ ặ ừ trạ ốc đế ể ếp thƣờng đƣợ ọ ế
chuy n ti p (Relay link) và ch ng t m chuy n ti c g i là
ể ế ặ ừ trạ ể ếp đến UE thƣờng đƣợ ọ
tuy n truy c p (Access link) [12].
ế ậ
Hình 1.6 K t chuy n ti p
ỹ thuậ ể ế

31. Luận văn thạc sĩ 2016
31 Lê Doãn Thi n
ệ
Hình 1.7 minh h a vai trò c a tr m chuy n ti p trong vi ng thông
ọ ủ ạ ể ế ệc tăng cƣờ
lƣợ ở ộ ủ ạ ể ế
ng và m r ng vùng ph . Hai tr m chuy n ti p RS1 (Relay Station) và RS2 trong
ph m vi vùng ph sóng c a tr m g c (BS) ph c v các tr ng (MS) nh m m
ạ ủ ủ ạ ố ụ ụ ạm di độ ằ ục
đích tăng cƣờng thông lƣợ ở ộ ạ ủ Ở ờ ợ ứ ấ
ng và m r ng ph m vi ph sóng. trƣ ng h p th nh t,
trạ ể
m MS1 có th truyề ữ ệu đế ớ ốc độ cao hơn tốc độ ề
n d li n RS1 v i t mà MS1 truy n
trự ế ới BS. Trong trƣờ ợ ứ ạ ằ ủ ủ
c ti p v ng h p th hai, tr m MS2 n m ngoài vùng ph sóng c a
BS và không th ên l c tr c ti p v i BS, vì v y, RS2 h chuy n ti ng
ể li ạ ự ế ớ ậ ỗ trợ ể ếp lƣu lƣợ
truy c p t i [12].
ậ ừ BS đến MS2, và ngƣợc lạ
Hình 1.7 Vai trò c m chuy
ủ ạ
a tr ể ế
n ti p
c gi i thi u k thu t chuy n ti ng truy n tr c ti p thành hai
Việ ớ ệ ỹ ậ ể ếp đã chia đƣờ ề ự ế
ho c nhi n có ch ng cao, hình thành m t tuy
ặ ều đoạ ất lƣợ ộ ế ề ẫn đa chặ ữ
n truy n d ng gi a
tr i s i, kh
ạ ốc và ngƣờ
m g ử ụng đầ ố
d u cu ắ ụ ợ
c ph c đƣ c nhữ ạ ế ề ủ
ng h n ch v vùng ph sóng
và t d u th p do b che ch n và t n th t tín hi u. Tr m chuy
ốc độ ữ liệ ấ ị ắ ổ ấ ệ ạ ể ế ậ
n ti p nh n và
chuy n ti p d n ch ng k n khi dòng d
ể ế ữ liệu đế ặ ế tiếp cho đế ữ liệu đến đích.
1.3.1 Phân lo i các tr m chuy p
ạ ạ ển tiế
Có hai lo i chuy
ạ ể ếp đƣợc định nghĩa trong LTE ủ
n ti -Advanced c a 3GPP là
chuy n ti p lo i 1 và lo i 2 (hình 1.8 Trong WiMAX, hai lo c g
ể ế ạ ạ ). ại này đƣợ ọi tƣơng
ứng là chuyể ế ố ể ế ố
n ti p không trong su t và chuy n ti p trong su t.

32. Luận văn thạc sĩ 2016
32 Lê Doãn Thi n
ệ
m chuy n ti p lo i 1 s h m t MS xa truy c n BS. Lúc này, MS
Trạ ể ế ạ ẽ ỗ trợ ộ ở ập đế
n m cách xa các BS và ngoài ph m vi ph sóng c y, chuy n ti p i 1
ằ ạ ủ ủa BS. Nhƣ vậ ể ế loạ
đƣợ ị ả năng phát ra các thông điệ ể ế ỉ ố ậ ạ
c trang b kh p ki m soát t bào và có ch s nh n d ng
t bào riêng bi c tiêu chính c a chuy n ti p lo m r ng vùng ph
ế ệt. Do đó mụ ủ ể ế ại 1 là để ở ộ ủ
sóng [12].
Hình 1.8 Chuy n ti p lo
ể ế ại 1 và loại 2
m chuy
Trạ ể ế ạ ị ệ ỗ ợ ủ ủ
n ti p lo i 2 ch u trách nhi m h tr MS trong vùng ph sóng c a
BS m c dù MS này có th ên l c tr c ti p v i các BS. Chuy n ti p i này không có
ặ ể li ạ ự ế ớ ể ế loạ
chỉ ố ậ ạ ế ể ế bào, mà đƣợ ẻ ớ ệ
s nh n d ng t bào và thông tin ki m soát t c chia s v i BS. Vi c
triể ạ
n khai các tr m chuyể ế ạ ẽ ả ệ ất lƣợ ị ụ và dung lƣợ
n ti p lo i 2 s c i thi n ch ng d ch v ng
đƣờ ể ất lƣợ ệ ống đƣợ ả ệ ờ ập đa đƣờng và độ ợ
ng truy n. Ch ng h th c c i thi n nh phân t l i
truy n d n cho các MS n [12].
ề ẫ ội bộ
1.3.2 Phân lo i các k t chuy p
ạ ỹ thuậ ển tiế
Các kỹ t chuy n ti p vô tuy n có th chia thành 3 lo i, bao g m: chuy
thuậ ể ế ế ể ạ ồ ển
tiế ộ ề ể ế ề ể ế ẻ
p m t chi u, chuy n ti p hai chi u và chuy n ti p chia s [12].

33. Luận văn thạc sĩ 2016
33 Lê Doãn Thi n
ệ
a. Chuy n ti p m t chi u
ể ế ộ ề
Chuy n ti p m t chi c truy
ể ế ộ ều là phƣơng thứ ề ữ ệ ần lƣợ ừ hai nút đầ
n d li u l t t u
cuối (BS hay eNodeB a trên hình 1.9. Vi c truy n d
và MS/UE) nhƣ minh họ ệ ề ữ liệu
đƣợ ờ
c chia thành 4 khe th i gian nhƣ sau:
- ng xu ng (downlink): Khe th i gian th nh t, eNodeB truy n RN
Trên đƣờ ố ờ ứ ấ ền đế
(Relay node); khe th i gian th hai, RN ch
ờ ứ uyể ế ệ ớ
n ti p tín hi u t i UE.
- ng lên (uplink): Khe th i gian th ba, UE truy n RN; khe th
Trên đƣờ ờ ứ ền đế ời
gian th n ti p tín hi u c n eNodeB.
ứ tƣ, RN chuyể ế ệ ủa UE đế
(1)
(4)
(2)
(3)
eNodeB
RN
UE
Hình 1.9 Mô hình chuy n p m t chi u
ể tiế ộ ề
M c dù thông tin gi a eNdoeB và UE là thông tin hai chi uá
ặ ữ ều, nhƣng do q
trình truyề ữ ệu đƣợ ự ệ ần lƣợ ỹ ậ
n d li c th c hi n l t nên k thu t chuyể ế ữ ệ
n ti p d li u này chỉ
đƣợ ọ ể ế ộ ề
c g i là chuy n ti p m t chi u.

34. Luận văn thạc sĩ 2016
34 Lê Doãn Thi n
ệ
b. Chuy n ti p hai chi u
ể ế ề
eNodeB
RN
UE
eNodeB
RN
UE
Pha 1
Pha 2
Hình 1.10 Mô hình chuyể ế ề
n ti p hai chi u
Chuy n ti p hai chi truy n d ng th i t ngu n
ể ế ều là phƣơng thức ề ữ liệu đồ ờ ừ ồn đế
đích cho th ề ể ế ề ề ữ ệ
ông tin hai chi u. Mô hình chuy n ti p hai chi u cho phép truy n d li u
đồ ờ ả đƣờng lên và đƣờ ố rong trƣờ ợ
ng th i trên c ng xu ng. T ng h p này, mô hình chuy n
ể
tiế ề ỉ ầ ề ẫn nhƣ minh họ
p hai chi u ch c n hai pha truy n d a trên hình 1.10 [12].
Trong pha th nh t, c eNdoeB và UE (c hai nút ngu u truy n d
ứ ấ ả ả ồn) đề ề ữ liệu
c a chúng t i RN. Trong pha th hai, sau khi x lý tín hi u thì RN chuy n ti p tín
ủ ớ ứ ử ệ ể ế
hi c mã hóa cho c eNodeB và UE (c y, s pha truy
ệu đã đƣợ ả ả hai nút đích). Nhƣ vậ ố ền
s gi m m t n a so v chuy n p m t chi u. Do s pha truy n d n gi t n
ẽ ả ộ ử ới ể tiế ộ ề ố ề ẫ ảm đi mộ ửa
so v i chuy n ti p m t chi ng c a m ng s c c i thi
ớ ể ế ộ ều nên thông lƣợ ủ ạ ẽ đƣợ ả ện đáng kể.
Trƣờ ợp lý tƣởng, thông lƣợ ể đƣợ ỳ
ng h ng có th c k vọng tăng gấp đôi.
V i m ng m ng, lu t p trung nghiên
ớ ục đích nâng cao thông lƣợ ạ ận văn này sẽ ậ
c u vào k
ứ ỹ t chuy n ti p hai chi u trong thông tin vô tuy n.
thuậ ể ế ề ế

35. Luận văn thạc sĩ 2016
35 Lê Doãn Thi n
ệ
c. Chuy n ti p chia s
ể ế ẻ
Chuy n ti p chia s là lo i chuy n ti p ph thu c vào nhi u tr m g c (các tr
ể ế ẻ ạ ể ế ụ ộ ề ạ ố ạm
g c chia s nút chuy n ti p). Ý ng c a i chuy n ti
ố ẻ ể ế tƣở ủ loạ ể ếp này là đặ ộ ể ế
t m t chuy n ti p
đa ăng ại các giao điể ủ ặ ề ế ạ ể ế ự ệ ả
-ten t m c a hai ho c nhi u t bào. Tr m chuy n ti p th c hi n gi
mã các tín hi u t các tr m g c b ng cách s d ng k thu t tách tín hi -
ệ ừ ạ ố ằ ử ụ ỹ ậ ệu đa ăng ten để
lo i b i s
ạ ỏ ễ ền đế ờ
nhi u và truy n các ngu ử ụ ằng phƣơng thứ
d ng b c MIMO [12].
1.3.3 a chuy p vô tuy n
Ứng dụng củ ển tiế ế
Trong m ng, chuy n ti p có th c s d ng thông qua m
ạng thông tin di độ ể ế ể đƣợ ử ụ ột
cơ sở ạ ầ ể ế ạ ậ ợ ệ ạ ữ ộ ộ
h t ng chuy n ti p t o thu n l i cho vi c liên l c gi a m t BS và m t MS.
Chuy n ti p vô tuy c k
ể ế ến cũng đang đƣợ ỳ v ng s ng d ng cho truy n thông
ọ ẽ đƣợc ứ ụ ề
gi i nhau -hoc.
ữa chính các thiết bị MS vớ ở chế độ ad
Ngoài ra, chuy n ti p vô tuy xu ng d ng cho các m ng ad-
ể ế ến cũng đƣợc đề ất ứ ụ ạ
hoc vô tuy ng k t n các máy tính laptop, thi t b smartphone v i nhau mà
ến nhƣ mạ ế ối ế ị ớ
không s d h t ng m ng (MANET: Mobile Ad-hoc Network), m ng k t n
ử ụng cơ sở ạ ầ ạ ạ ế ối
các phƣơng tiệ ự ự
n giao thông (VANET: Vehicle Ad-hoc Network). Trong quân s , s ra
đờ ủ ế ấ ạ centric warface) đã dấ
i c a mô hình tá chi
c n l y m ng làm trung tâm (network- n
đế ệ ứ ụ ỹ ậ ể ế ế ạ ự ế ố
n vi c ng d ng k thu t chuy n ti p vô tuy n cho m ng ad-hoc quân s k t n i các
l ng v i nhau. M t ví d khác là m ng c m bi n vô tuy n
ực lƣợ ớ ộ ụ ạ ả ế ế (wireless sensor
network), trong đó mộ ố ả ến đóng vai trò là t ạ
t s nút c m bi r m chuyể ếp để ạ
n ti các tr m
khác k i v u khi n.
ết nố ới trạm điề ể
1.4 Chuy n ti p hai chi d ng PNC
ể ế ều sử ụ
Khái niệm PNC (Physical layer Network Coding) đƣợ ột cách đơn
c trình bày m
gi n nh i v i kênh chuy n ti p hai chi u TWRC (Two Way Relay Channel). Kênh
ả ất đố ớ ể ế ề
TWRC là m t m
ộ ạ ế ồm có hai nút đầ ố
ng tuy n tính ba nút bao g u cu i N1 và N2, và một
nút chuy n ti u cu i thông tin cho nhau qua nút chuy n ti p và
ể ếp R. Hai nút đầ ối trao đổ ể ế
không có đƣờ ề ự ế ữa hai nút đầ ố ộ ụ đơn giả
ng truy n tr c ti p gi u cu i. M t ví d n cho kênh
TWRC là h ng thông tin v u cu i là các tr m m t còn nút
ệ thố ệ tinh trong đó các đầ ố ạ ặt đấ
chuy n ti p là v tinh.
ể ế ệ

36. Luận văn thạc sĩ 2016
36 Lê Doãn Thi n
ệ
d dàng trong thi t k k thu t, ch c th
Để ễ ế ế ỹ ậ ế độ bán song công thƣờng đƣợ ực
hi n trong các h ng thông tin vô tuy n. V i ch bán song công, m t nút không
ệ ệ thố ế ớ ế độ ộ
thể ở ộ ời điể ế độ ể ế
phát và thu cùng m t th m. Trong ch bán song công, nút chuy n ti p R
không th thu tín hi u t u cu i và phát tín hi n chúng ta t i cùng m
ể ệ ừ các nút đầ ố ệu đế ạ ột
th li
ời điểm. Điều này có nghĩa rằng để ử ộ ữ
g i m t gói d ệ ừ
u t N1 n N
đế 2 t
(và tƣơng tự ừ
N2 n N
đế 1) ph i s d ng ít nh t hai khe th i gian. Do v i gói
ả ử ụ ấ ờ ậy, thông lƣợng hoán đổ
t t nh t có th là hai gói cho b n khe th là ½ gói trên
ố ấ ể ố ời gian. Điều này có nghĩa tốc độ
m i gian trên m ng [12].
ột khe thờ ộ ớ
t hƣ
1.4.1 Sơ đồ ử ụ ạ
không s d ng mã hóa m ng
Khi không s d ng mã hóa m i b xuyên nhi u, h ng chuy n
ử ụ ạng và để loạ ỏ ễ ệ thố ể
ti li
ế ề ần đế ố ời gian để hoán đổ ữ
p hai chi u c n b n khe th i hai gói d ệu. Điều này đƣợc
mô t trên hình 1.11. T i d gi và chuy n
ả rao đổ ữ liệu trên sơ đồ ống nhƣ thao tác lƣu trữ ể
tiế ạ ể ạch gói thông thƣờng. Sơ đồ này còn đƣợ ọi là sơ đồ
p (DF) trong m ng chuy n m c g
chuy n ti p truy n th ng. Trong khe th i gian th nh t, N
ể ế ề ố ờ ứ ấ 1 phát m t gói tin S
ộ 1 t i nút
ớ
chuy n ti p R; trong khe th i gian th hai, nút chuy n ti p R th c hi n chuy
ể ế ờ ứ ể ế ự ệ ể ế
n ti p S1
t i N
ớ 2; trong khe th i gian th ba, N
ờ ứ 2 phát m t gói tin S
ộ 2 t i nút chuy n ti p R; trong
ớ ể ế
khe th i gian th n ti p R chuy n ti p gói tin S
ờ ứ tƣ, nút chuyể ế ể ế 2 tới N1 [12].
Hình 1.11 Sơ đồ ạ
không mã hóa m ng
1.4.2 Sơ đồ ạ
mã hóa m ng NC
H ng s d ng mã hóa m ng NC cho phép gi c s khe th i gian
ệ thố ử ụ ạ ảm đƣợ ố ờ
xu ng còn ba khe th i gian. V i vi c gi c s khe th i gian t b n xu ng ba, NC
ố ờ ớ ệ ảm đƣợ ố ờ ừ ố ố
cho phép c i thi n 33 ng so v không mã hóa m ng truy n th ng
ả ệ % thông lƣợ ới sơ đồ ạ ề ố
(Traditional Scheme). Sơ đồ NC đƣợ ả ờ ứ
c mô t trên hình 1.12. Trong khe th i gian th

37. Luận văn thạc sĩ 2016
37 Lê Doãn Thi n
ệ
nhất , N1 phát S1 n nút chuy n ti p R; trong khe th i gian th hai, N
đế ể ế ờ ứ 2 phát S2 n nút
đế
chuy n p R. Sau khi nh c S
ể tiế ận đƣợ 1 và S2, nút chuy n ti p R th c hi n m t gói mã
ể ế ự ệ ộ
hóa m ng S
ạ R [12]:
nhƣ sau

 


Trong đó, ký hiệ ừ ủ
u là phép XOR t
 ng symbol c a S 1 và S2. Ví d , n u:
ụ ế
S1 = {a1[1] + jb 1
1[M] + jb 1[M]},
S
2 = {a2[1] + jb 2
2[M] + jb 2[M]},

  








 






,… ,






 





trong đó, M là số ộ
symbol trong m t gói.
Trong khe th i gian th ba, nút chuy n ti p R phát qu ng bá S
ờ ứ ể ế ả R t i t t c hai
ớ ấ ả
nút đầ ố
u cu i N1 và N2. Khi N1 nh c S
ận đƣợ R, nó s gi i ra S
ẽ ả 2 t S
ừ R nh vào gói d u
ờ ữ liệ
S1 của nó nhƣ sau:


 
 
 
 

B , N
ằng cách tƣơng tự 2 i ra S
cũng giả 1 từ 
  . C ng gi
ũ ống nhƣ sơ đồ
không mã hóa m mã hóa m g tránh vi c N
ạng TS, sơ đồ ạng NC cũng cố ắng để ệ 1 và N2
phát d u cùng m t khe th i nút phát d u c a nó
ữ liệ ở ộ ời gian. Có nghĩa là mỗ ữ liệ ủ ở các
khe th i gian khác nhau. Vi c mã hóa m c th c hi n nút chuy
ờ ệ ạng đƣợ ự ệ ở ể ế
n ti p R sau
khi nút chuy n ti S
ể ếp R đã nhận đƣợc đủ 1 và S2 t N
ừ 1 và N2 trong hai khe th i gian
ờ
khác nhau [12].

38. Luận văn thạc sĩ 2016
38 Lê Doãn Thi n
ệ
Hình 1.12 Sơ đồ ạ
hóa m ng NC
1.4.3 Sơ đồ ạ ớ ậ
mã hóa m ng l p v t lý
Mã hóa m ng l p v t lý PNC cho phép gi m s khe th i gian c n thi
ạ ớ ậ ả ố ờ ầ ết hơn nữa
so v i mã hóa m ng NC còn hai khe th i gian. S d u
ớ ạ ờ ử ụng phƣơng pháp này, các nút đầ
cuối N1 và N2 s truy ng th i trên cùng m t khe th i gian th nh t t i nút chuy n
ẽ ền đồ ờ ộ ờ ứ ấ ớ ể
tiế ợ ụng đặ ạ ự nhiên trong môi trƣờ ế
p R và l i d c tính mã hóa m ng t ng vô tuy n khi các
sóng điệ ừ ồ ấ Ở ờ ứ ể ế
n t ch ng l n lên nhau. pha th i gian th hai, nút chuy n ti p mã hóa tín
hi u c n truy n cho N
ệ ầ ề 1 và N2 , và truy ng th i t i c hai nút N
ền đồ ờ ớ ả 1 và N2. B ng cách
ằ
này. PNC có th c i thi n 100% so v chuy n ti p truy n
ể ả ện thông lƣợng lên đế ới sơ đồ ể ế ề
thố ạ ới sơ đồ ạng NC. Ý tƣở ề
ng không mã hóa m ng và 50% so v mã hóa m ng v PNC
đƣợ ả
c mô t trong hình 1.13 [12].
Hình 1.13 Sơ đồ ạ ớ ậ
hóa m ng l p v t lý PNC
Trong khe th i gian th nh t, N
ờ ứ ấ 1 và N2 ng th i các gói d
phát đồ ờ ữ liệu tƣơng
ứng S1 và S2 t i nút chuy n ti p R. Do x p ch ng c n t trong môi
ớ ể ế ế ồ ủa các sóng điệ ừ
trƣờ ế ủ
ng vô tuy n c a các symbol S1 và S2, nút chuy n ti p R th c hi n vi c mã hóa
ể ế ự ệ ệ

39. Luận văn thạc sĩ 2016
39 Lê Doãn Thi n
ệ

 
  . Sau đó, nút chuyể ế ẽ ả
n ti p R s phát qu ng bá SR t i N
ớ 1 và N2 trong khe
th i gian th
ờ ứ hai.
PNC, quá trình nút chuy n ti p R th c hi n mã hóa
Trong sơ đồ ể ế ự ệ 
 



t n t b x p ch t cách t
ừ các sóng điệ ừ ị ế ồng đƣợc gói là “phép ánh xạ PNC”. Mộ ổng
quát, “phép ánh xạ PNC” có nghĩa là ánh xạ các dòng điệ ừ ị ế ồ ạ
n t b x p ch ng có t p âm
thành m t s gói mã hóa m nút chuy n ti p R th c hi n vi c chuy n ti p. Phép
ộ ố ạng để ể ế ự ệ ệ ể ế
ánh x PNC có th t o ra m t gói d ng t ng mô-
ạ ể ạ ộ ở ạ ổ đun 2 
 
  . T t c
ấ ả các
ph ánh x u có yêu c u th c hi n sao cho các nút N
ép ạ PNC đề ầ ự ệ 1 và N2 ph i có kh
ả ả năng
gi i ra thông tin c a nút khác d a u ra c a nút chuy n ti p và thông tin
ả ủ ự trên gói tin đầ ủ ể ế
c a b . Trong lý thuy ng tín hi u này
ủ ản thân nút đó ết thông tin, phƣơng pháp ƣớc lƣợ ệ
đƣợ ọi là phƣơng pháp ƣớc lƣợ ệ ử ụ ạ ỗ ụ ế
c g ng tín hi u s d ng thông tin t i ch . M c ti p theo
sẽ trình bày nguyên lý PNC sử ụ ạ XOR đơn ả
d ng phép ánh x gi n [12].
1.4.4 Nguyên lý PNC d a trên phép XOR
ự
ng h p phép mã hóa m ng s d ng c ng mô-
Trong trƣờ ợ ạ ử ụ toán tử ộ đun 2 XOR đơn
gi n ta có
ả 
 
  . Gi ng h p s d u ch khóa d ch pha c
ả thiết trƣờ ợ ử ụng điề ế ị ầu
phƣơng (QPSK: Shift Keying) đƣợ ử ụ ệ
Quadrature Phase- c s d ng cho các tín hi u phát.
Để đơn giả ả ử ằ ự đồ ộ ề ũng nhƣ sự đồ
n, chúng ta gi s r ng có s ng b v pha sóng mang c ng
b m u khi n công su c s d các gói tin t
ộ ở ức symbol và điề ể ất đƣợ ử ụng để ừ các nút đầu
cuối đế ể ế ới biên độ ống nhau. Để ả cho đơn giả ạ
n nút chuy n ti p R v và pha gi mô t n, t p
âm đƣợ ỏ qua trong trƣờ ợ ệ ữ ế ể ị ộ ữ
c b ng h p này. Ký hi u ch vi t hoa bi u th m t gói và ch
vi ng bi u th symbol trong m t gói. Ví d , S
ết thƣờ ể ị ộ ụ 1 là m t gói, và s
ộ 1 là m t symbol
ộ
trong gói [12].
s r u cu i N
Giả ử ằng các nút đầ ố 1 và N2 u ch các symbol c a nó trên sóng
điề ế ủ
mang v i t n s góc , t c là nút N
ớ ầ ố  ứ 1 gửi đi 


 





, với  
. Tín
hi i nút chuy n ti p R trong m symbol là:
ệu băng thông thu đƣợc bở ể ế ột chu kỳ






 



 





 


 





 



= 

  

  


 







40. Luận văn thạc sĩ 2016
40 Lê Doãn Thi n
ệ
trong đó, 





   là tín hi c phát b i nút N
ệu băng thông đƣợ ởl, 
  và

  u ch ng. Chú ý r
là các bit thông tin đã đƣợc điề ế QPSK tƣơng ứ ằng đối
v i QPSK, a
ớ l ng v i bit 0, a
= 1 tƣơng ứ ớ l = - ng v i bit 1 trong thành ph n
1 tƣơng ứ ớ ầ
đồ phase); tƣơng tự đố ớ
ng pha (in- i v i bl trong thành ph n tín hi u vuông pha
ầ ệ
(quadrature-phase).
Các thành ph n tín hi ng các
ầ ệu băng gốc đồng pha (I) và vuông pha (Q) tƣơng ứ
công th c (1.
ứ 21) là:




  
,




  




Chú ý r ng, nút chuy n ti p R không th gi i ra chính xác các symbol thông tin
ằ ể ế ể ả
riêng bi t t 22 u này b i vì (1.22) là m t h i b n n a
ệ ừ (1. ). Điề ở ộ ệ hai phƣơng trình vớ ố ẩ 1,
a2, b1, b2. Tuy nhiên, trong PNC nút chuy n ti p R không c n gi i ra b n giá tr
ể ế ầ ả ố ị riêng
bi t a
ệ 1, a2, b1, b2 mà nó ch c
ỉ ần tính toán để đƣa ra hai giá trị là    và 
   để
thự ệ ạ
c hi n phép ánh x PNC 
  
    


   
  
. C ,
ụ thể  
và 
   có th c tính toán t
ể đƣợ ừ 


và 


. Có nghĩa chúng ta có thể ộ
tìm m t
hàm ánh x sao cho
ạ  
  


, 


.
B ng 1.1 Phép ánh x a thành ph n tín hi ng pha
ả ạ PNC củ ầ ệu đồ
Nút 1

Nút 1

Symbol
t nút 1
ừ
Symbol từ
nút 2
Symbol t h p t
ổ ợ ại
nút chuy n ti p R
ể ế
Ánh xạ thành symbol
c n ti p R
ủa nút chuyể ế
0 0 1 1 2 1
0 1 1 -1 0 -1
1 0 -1 1 0 -1
1 1 -1 -1 -2 1

41. Luận văn thạc sĩ 2016
41 Lê Doãn Thi n
ệ
B ng 1.2 Phép ánh x a thành ph n tín hi u vuông pha
ả ạ PNC củ ầ ệ
Nút 1



Nút 1



Symbol
t nút 1
ừ
b1
Symbol
t nút 2
ừ
b2
Symbol t h p t
ổ ợ ại
nút chuy n ti p R
ể ế



 
  

Ánh xạ thành symbol
c n ti p R
ủa nút chuyể ế
bR
0 0 1 1 2 1
0 1 1 -1 0 -1
1 0 -1 1 0 -1
1 1 -1 -1 -2 1
B ng 1.1 ch ra phép ánh x PNC cho thành ph ng pha a
ả ỉ ạ ần đồ R. Phép ánh xạ cho
thành ph n vuông pha b
ầ R c cho trong b i v
hoàn toàn tƣơng tự và đƣợ ảng 1.2. Đố ới
QPSK, aR = a1a2 -1 n u
nên thu đƣợc ế 
  
, và b ng 1 n u a
ằ ế 1 = a2. Thành phần



 
  
 có th nh n m t trong ba giá tr : 0, 2, và -2. Do
ể ậ ộ ị 


  
khi   
,
và 


  
ho c 2 khi
ặ   
, nên phép ánh x c bi u di
ạ PNC đƣợ ể ễn nhƣ sau:

  





 





 

Tín hi u t n s vô tuy n (RF: c
ệ ầ ố ế Radio Frequency) đƣợ phát đi trong khe thời
gian th PNC gi i gian
ứ hai trong sơ đồ ống nhƣ tín hiệu RF đƣợc phát đi trong khe thờ
thứ ủa sơ đồ NC. Điểm khác nhau cơ bả ủa hai sơ đồ ằ
ba c n c này n m ở ứ ự
cách th c th c
hi t o ra
ện để ạ 



. Trong PNC, 


 c tính toán t thành ph n tín hi u x p
đƣợ ừ ầ ệ ế
chồng 

 
 
  

. Trong khi đó trong NC, 

và 

 

 c phát
đƣợ
riêng r b i N
ẽ ở 1 và N2, sau đó nút chuyể ế ự ệ ả
n ti p R th c hi n gi i mã ra









và mã hóa thành 

[12].

42. Luận văn thạc sĩ 2016
42 Lê Doãn Thi n
ệ
1.4.5 Mô hình mô ph h TWRC
ỏng PNC trên kên
Mô hình h ng truy n d n PNC trên kênh TWRC s d ng cho mô ph ng
ệ thố ề ẫ ử ụ ỏ
đƣợ ể ện trên hình 1.14 và hình 1.15 tƣơng ứ ờ ứ ấ
c th hi ng cho khe th i gian th nh t và khe
th th
ờ ứ ạt độ ủ ệ
i gian th hai. Ho ng c a h ống đƣợ ả nhƣ sau. Các bit thông tin đầ
c mô t u
vào bi i b u ch c hi u ch thành các symbol phát BPSK
đƣợc đƣa tớ ộ điề ế để thự ện điề ế
nhƣ sau:

 

 

 
24)
(1.
G i h
ọ 1R, h2R là h pha- -ten c a N
ệ thố đinh từ ăng ủ 1 và N2 t -ten c a nút
ới ăng ủ
chuy n ti p R. h
ể ế 1R, h2R là h s kênh pha- -ten c a nút chuy
ệ ố đinh từ ăng ủ ể ế ớ
n ti p R t i N1
và N2 [12].
Hình 1.14 Sơ đồ băng gố ệ ố ờ ứ ấ
c h th ng PNC trong khe th i gian th nh t

43. Luận văn thạc sĩ 2016
43 Lê Doãn Thi n
ệ
Hình 1.15 Sơ đồ băng gốc hệ ố ờ ứ
th ng PNC trong khe th i gian th hai
1.16 trình bày k t qu mô ph ng cho h ng PNC trên kênh pha-
Hình ế ả ỏ ệ thố đinh sử
d ng ti n mã hóa (kênh AWGN) và kênh pha- c mô t trong m c a và b. H
ụ ề đinh đƣợ ả ụ ệ
s kênh pha- u cu i và nút chuy n ti n ng u
ố đinh giữa nút đầ ố ể ếp đƣợc coi nhƣ các biế ẫ
nhiên ph c v c mô t b i m t bi n ng u nhiên ph c có k v ng 0 và
ứ ới biên độ đƣợ ả ở ộ ế ẫ ứ ỳ ọ
phƣơng sai bằng 1.
Các k t qu mô ph ng s d -Carlo cho th y ch ng
ế ả ỏ ử ụng phƣơng pháp Monte ấ ất lƣợ
PNC khi có s ng b ng v pha sóng mang k t h p v u khi n công su
ự đồ ộ lý tƣở ề ế ợ ới điề ể ất
(kênh AWGN) t n r u so v i PNC kênh pha- -
ốt hơ ất nhiề ớ đinh. Hơn nữa, khi kênh là pha
đinh bấ ố ứng thì độ ứ ạ ả ạ ự ệ ạ
t đ i x ph c t p gi i mã và ánh x PNC th c hi n t i nút chuyể ế
n ti p
R s i th c hi n lu t gi i mã ML thay cho s d ng lu
ẽ cao hơn do phả ự ệ ậ ả ử ụ ật MAP nhƣ đối
v i kênh AWGN [12].
ớ

44. Luận văn thạc sĩ 2016
44 Lê Doãn Thi n
ệ
Hình m ch
1.16 So sánh phẩ ất củ đinh
a PNC trên kênh AWGN và kênh pha- [12]

45. Luận văn thạc sĩ 2016
45 Lê Doãn Thi n
ệ
Chƣơng II: Ề Ể Ế
TRUY N THÔNG MIMO-SDM CHUY N TI P
HAI CHI U S D NG PNC
Ề Ử Ụ
2.1 Mô hình hệ thống
p và các c ng s xu t mô hình truy
Hiệ ộ ự đã đề ấ ề ể ế
n thông MIMO-SDM chuy n ti p
hai chi u s d ng PNC (MIMO-SDM-PNC) [7], [12]. Trong mô hình PNC m i này,
ề ử ụ ớ
các nút m u s d ng truy n d n MIMO và k thu t truy n d n ghép kênh phân
ạng đề ử ụ ề ẫ ỹ ậ ề ẫ
chia theo không gian (SDM) nh m m í c thê l i ghép kênh (spatial
ằ ục đ ch đạt đƣợ m độ ợ
multiplexing), gia tăng hiệ ấ ử ụ ổ ốc độ
u su t s d ng ph và t truyề ẫn, đƣợ ọ
n d c minh h a
trên hình 2.1. Trong mô hình này, Hi p ng s ng h p các nút
ệ và các đồ ự chỉ xét trƣờ ợ
ngu n s d - , và b -ten t i nút chuy n ti p, b tách tín hi u tuy
ồ ử ụng hai ăng ten ốn ăng ạ ể ế ộ ệ ến
tính (ZF/MMSE) t i nút chuy n ti p và nút ngu n. Mô hình này có th hoàn toàn m
ạ ể ế ồ ể ở
r ng d ng h u cu i s d -ten và nút chuy n
ộ ễ dàng cho trƣờ ợp các nút đầ ố ử ụng N>2 ăng ể
tiế ử ụng 2N ăng ả ết khác tƣơng tự nhƣ trong mô hình SIMO
p s d -ten. Các gi i thi -PNC
mà Hi ng s
ệp cùng các đồ ự đã trình bày [7], [12].
Hình 2.1 Mô hình hệ ố ể ế ề
th ng chuy n ti p hai chi u MIMO-SDM-PNC
Trong MIMO- -PNC xem xét, m i nút ngu n phát hai lu ng d u song
SDM ỗ ồ ồ ữ liệ
song biể ễ ở ạ phát nhƣ sau:
u di n d ng vec-tơ

  













  













46. Luận văn thạc sĩ 2016
46 Lê Doãn Thi n
ệ
Các kênh truy n pha- các nút ngu n N
ề đinh từ ồ 1, N2 và chuy n ti nh
ể ếp đƣợc đị
nghĩa tƣơng ứng nhƣ sau:
 





































 





































trong đó, 


bi u di n kênh truy n thành ph n gi - c a nút chuy
ể ễ ề ầ ữa ăng ten i ủ ể ế ớ
n ti p v i
ăng- c a nút ngu n N
ten j ủ ồ l. Để ự ệ ống, định nghĩa ma trậ
xây d ng mô hình h th n kênh
và vec-tơ tín hiệu tƣơng đƣơng tƣơng ứng nhƣ sau:
  




 








Lúc này, vec- u thu t i nút chuy
tơ tín hiệ ạ ể ế ể đƣợ ể ễn tƣơng tự
n ti p có th c bi u di
nhƣ trƣờ ợ nhƣ sau:
ng h p SIMO- [12]
PNC
 



  
trong đó,   

 



và   






. Phân số


bi u di n h s
ể ễ ệ ố chuẩn
hóa công suất.
ng h p SIMO- [12], nút chuy n ti p c n ph ng
Tƣơng tự nhƣ trƣờ ợ PNC ể ế ầ ả ớc lƣợ
i ƣ
c symbol mã hóa m c g i t u cu i N
ác ạng đƣợ ử ừ hai nút đầ ố 1 và N2, Do m i nút ngu n
ỗ ồ
phát đi hai symbol 


 


    nên các symbol mã hóa m c cho b
ạng đƣợ ởi






và 




. Điều này tƣơng đƣơng vớ ệ ể ế ự ệ
i vi c nút chuy n ti p th c hi n
mã hóa m ng cho các lu ng tín hi u phát ra t - ng c a hai nút
ạ ồ ệ ừ các ăng ten tƣơng ứ ủ
ngu u cu ng các symbol mã hóa m c trình bày
ồn đầ ối. Các phƣơng pháp ƣớc lƣợ ạng đƣợ
dƣới đây.

47. Luận văn thạc sĩ 2016
47 Lê Doãn Thi n
ệ
2.2 Tách tín hi i nút chuy n ti p
ệu tạ ể ế
Việc ƣớc lƣợng đƣợc các symbol mã hóa m ng
ạ 





và 





có
th th
ể ực hiện đƣợ ừ ạ sau đây:
c t ánh x



















































































































































trong đó, việ ạ ừ ầ ổ ệ ủ
c ánh x t các thành ph n t ng và hi u c a 


và 


c th c hi n
đƣợ ự ệ
qua hai phép quy nh LLR và k t h p ch M u ch t c a v bây gi là c n
ết đị ế ợ ọn lọc. ấ ố ủ ấn đề ờ ầ
ph c các thành ph n t ng, hi u này t véc- u nh
ải ƣớc lƣợng đƣợ ầ ổ ệ ừ tơ tín hiệ r ờ phƣơng
pháp tách tín hi u tuy ng này, lu
ệ ến tính ZF/MMSE. Để thực thi đƣợc ý tƣở ận văn sử
d ng bi ng SIMO-P [12]
ụ ến đổi tƣơng đƣơng tƣơng tự nhƣ cho hệ thố NC nhƣ sau:
 


  









  




 
trong đó, ậ ổ ệ
U là ma tr n t ng-hi u, 
  

và 
 . nh n c các thành
Để ậ đƣợ
ph n t ng, hi u thì c n ph i thi t k ma tr n t ng-hi u m t cách h p lý. Hi
ầ ổ ệ ầ ả ế ế ậ ổ ệ U ộ ợ ệp đề
xu u trúc c a ma tr n t ng-hi [12]:
ất cấ ủ ậ ổ ệu sau đây
  
 
 
 
 
 
 
 
 


S d ng ma tr n t ng-hi xu t này, véc-
ử ụ ậ ổ ệu đề ấ tơ phát tƣơng đƣơng có dạng nhƣ
công thức (2.11), đúng nhƣ mong muốn nhƣng vớ ầ ổ ệ ở ị
i các thành ph n t ng, hi u các v
trí tƣơng ứ ộ ố
ng là m t, hai, ba và b n: