Read Microsoft Word - Phan tap phat voi OSTBC website.doc text version

PHÂN TP PHÁT S DNG MÃ KHI KHÔNG GIAN THI GIAN CU TRÚC TRC GIAO

KS. Mai Hng Anh

1. Gii thiu Trong các h thng thông tin vô tuyn di ng, các k thut phân tp c s dng rng rãi gim nh hng ca fading a ng và ci thin tin cy ca truyn dn mà không phi tng công sut phát hoc m rng bng thông [1][2]. K thut phân tp da trên các mô hình mà ó ti b thu s nhn c các bn sao chép ca tín hiu phát, tt c các sóng mang s có cùng mt thông tin nhng s tng quan v fading thng kê là rt nh. Ý tng c bn ca phân tp là ch, nu hai hoc nhiu mu c lp ca tín hiu c a ti và các mu ó b nh hng ca fading là c lp vi nhau, có ngha là trong s chúng, có nhng tín hiu b nh hng nhiu, trong khi các mu khác b nh hng ít hn. iu ó có ngha là kh nng ca các mu ng thi chu nh hng ca fading di mt mc cho trc là thp hn nhiu so vi kh nng mt vài mu c lp b nm di mc ó. Do vy, bng cách kt hp mt cách thích hp các mu khác nhau s dn ti gim nh hng ca fading và do ó tng tin cy ca vic phát tín hiu. Mt s phng pháp phân tp c s dng có c cht lng nh mong mun tng ng vi phm vi phân tp c gii thiu, các k thut phân tp c phân lp thành phân tp thi gian, tn s và phân tp không gian. Phân tp không gian là mt k thut ph bin trong thông tin vô tuyn sóng ngn. Phân tp không gian cng c gi là phân tp antenna, vic thc hin phân tp antenna in hình là vic s dng nhiu antenna hoc s dng mng antenna sp xp có khong cách i vi vic phát và nhn. Nhiu antenna c phân b v mt vt lý các khong cách thích hp và do vy các tín hiu riêng r s không có tng quan vi nhau. Yêu cu v sp xp antenna s khác nhau i vi cao ca antenna, môi trng lan truyn và tn s. in hình là s phân chia theo mt s ln bc sóng là t c các tín hiu không tng quan. Trong phân tp không gian, các bn sao ca các tín hiu phát c s dng a ti các b thu dng d tr trong min không gian, không ging nh trong phân tp thi gian và phân tp tn s, phân tp không gian không gây ra bt k s suy gim hiu qu bng thông. c im này rt hp dn i vi các thông tin vô tuyn tc d liu cao trong tng lai. 2. Phân tp phát. Trong các h thng thông tin di ng t ong hin nay, nhiu antenna thu c s dng cho các trm thu phát c s vi mc ích là kh nhiu ng kênh và gim thiu nh hng ca fading, ví d, trong GSM, nhiu antenna c s dng ti trm thu phát c s to ra phân tp thu ng lên (t các trm di ng lên BTS) bù p cho công sut truyn tng i thp t các trm di ng. iu này ci thin cht lng và rng ca ng lên. Nhng i vi ng xung (t trm thu phát c s n các trm di ng) thì rt khó khn thc hin vic phân tp thu ti các trm u cui di ng. Th nht là rt khó khn thit k ln hn hai antenna trên mt máy di ng cm tay có kích thc nh, th hai là nhiu antenna thu có ngha là s có nhiu b bin i tn s - RF và nh vy có ngha là s có nhiu ngun x lý, nhng ngun này hn ch trong các u cui di ng. i vi ng xung, s là thc t nu nh xem xét cân nhc ti phân tp phát. S d dàng lp t nhiu antenna phát trên trm thu

- 1/1 -

phát và cng d dàng s dng các ngun ngoài cho nhiu antenna phát. Phân tp phát làm gim yêu cu ngun x lý ca các b thu và kt qu là các cu trúc h thng n gin hn, tiêu th ngun thp hn và chi phí thp hn. Hn th na, phân tp phát có th kt hp vi phân tp thu tng cht lng ca h thng. Ngc li vi phân tp thu mà chúng ta ang s dng rng rãi trong các h thng di ng t ong, phân tp phát vn còn nhn c rt ít s chú ý do vic thc hin phân tp antenna phát là khác rt nhiu so vi phân tp antenna thu [3] và vic khai thác phân tp phát cng có nhng khó khn: · Th nht, vì các tín hiu phát t nhiu antenna s c trn vi nhau v mt không gian trc khi ti c các b thu, h thng yêu cu b sung thêm mt s b x lý tín hiu c phía thu và phía phát tách c các tín hiu thu và li dng c phân tp. Th hai, Phía thu thng c lng c các kênh fading còn phía phát thì không ging nh phía thu, không có c các thông tin tc thi v kênh nu nh không có thông tin phn hi t phía thu ti phía phát [4].

·

Tuy nhiên, phân tp phát có kh nng làm tng áng k dung lng và cht lng ca kênh. Trong hình 1 chúng ta biu din cht lng t l li bít ca phng pháp da vào Eb N 0 vi s lng phân tp phát nT khác nhau. ng trên cùng tng ng vi cht lng khi cha có phân tp, ng nm phía di cùng ch th cht lng trên kênh AWGN, các ng nm gia tng ng vi các h thng ln lt có 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20 và 40 antenna phát theo th t t trên xung. T hình này, chúng ta có th thy rng ti BER là 10-4 thì cht lng li c ci thin khong 14,5 dB, 4 dB và 2 dB khi phân tp phát ln lt bng t 1 ti 2, 2 ti 3 và 3 ti 4. Tuy nhiên, ng cong cht lng ch ra rng, nu nh ta tng hn na trong vic phân tp phát có th ch ci thin cht lng nh hn 1dB. Vi mt s lng ln các nhánh phân tp thì kênh fading s hi t ti mt kênh AWGN, các ng cong cht lng BER vi giá tr nT ln thì u xp x n mt kênh AWGN.

100 10-1

10-2

BER

10-3 10-4

10-5 0 5 10 15 20

Eb/N0 (dB)

25

30

35

40

45

Hình 1. Cht lng BER ca BPSK trên các kênh fading Reyleigh s dng phân tp phát.

- 2/2 -

3. Mã khi không gian thi gian. có th ci thin cht lng li ca truyn dn nhiu antenna ngi ta có kh nng kt hp mã hóa chng li vi thit k phân tp phát [5][6]. Mã chng li kt hp vi các phng pháp phân tp có th va t c tng ích mã li va có li t vic phân tp, tuy nhiên ta s gp phi vn tn tht v bng thông do vic d tha ca mã. Khi thc hin thit k tng th gm mã chng li, iu ch và phân tp phát mà không m rng bng thông ta s t c mt kt qu kh quan. iu này có th thc hin bng cách xem vic mã hóa, iu ch và truyn dn a ng nh mt module x lý n nht. Các k thut mã hóa c thit k cho nhiu antenna phát c gi là mã không gian thi gian [7]. Trong trng hp c th vic mã hóa c thc hin bi vic thêm vào mt cách thích hp phn d tha c min thi gian và min không gian có tng quan vi các tín hiu phát. Do thit k tng th, các mã không gian thi gian có th va t c phân tp phát li va t c tng ích mã mà không làm nh hng ti bng thông. Các mã không gian thi gian có th kt hp tt hn na vi các phn thu có nhiu antenna gim nh hng ca fading a ng và t c ti dung lng ca các h thng MIMO. Chúng ta xem xét mt h thng thông tin s dng mã không gian thi gian trên bng gc vi nT antenna phát và nR antenna thu nh hình 2. Các d liu phát i c mã hóa bi b mã hóa không gian thi gian.

xt1

ct xt

rt1 rt 2

B thu

xt2

S/P

Ngun thng tin

B mó ho

KG - TG

xtnT

rtnR

Hình 2. Mô hình h thng bng gc.

Ti mi khong thi gian t, mt khi gm m symbol thông tin nh phân c biu din bi:

Ct = (C1t, C2t,...... Cmt)

(1)

c a vào b mã hóa không gian - thi gian. B mã hóa không gian thi gian s ánh x khi d liu vào nh phân m vi nT symbol iu ch t mt tp tín hiu ca M = 2m im. D liu c mã hóa s c a ti b bin i ni tip / song song (S/P) sinh ra mt chui nT symbol song song, c sp xp vào vect nT x 1 ct.

xt = xt1 , xt2 ,...xtnT

(

)

T

(2)

ây T biu th s chuyn v ca ma trn, các u ra song song nT ng thi c phát bi nT antenna khác nhau, ây symbol xti , 1 i nT c phát i bi antenna i và tt c các symbol c phát trong cùng mt khong thi gian T giây. Vect ca các symbol c iu

- 3/3 -

ch và mã nh biu din (2) c gi là symbol không gian - thi gian. Hiu sut ph ca h thng là.

rb (3) = m bit/sec/Hz B ây rb là tc d liu và B là bng thông ca kênh. Hiu sut ph trong (3) là bng vi hiu sut ph ca h thng không mã vi mt antenna phát. Nu thit k nhiu antenna c phía thu và phía phát thì s to ra mt kênh MIMO.

=

Trong trng hp tng quan, mt mã khi không gian thi gian c nh ngha bng mt ma trn phát X có kích thc nT * p, ây nT là s antenna phát và p là s chu k phát i mt khi symbol mã. Chúng ta gi nh là constellation ca các tín hiu gm 2m im. Ti mi nhp mã hoá, mt khi gm (k x m) bit thông tin c ánh x ti constellation tín hiu chn ra k tín hiu iu ch x1 , x2 ,..., xk , mà ó, mi tín hiu này là mt nhóm m bit. K tín hiu iu ch c

mã hoá bi b mã hoá khi không gian thi gian to ra nT chui tín hiu song song dài p tng ng vi ma trn phát X. Các chui ó c phát trên nT antenna phát ng thi trong p chu k. Trong mã khi không gian thi gian, s lng symbol mà b mã hoá a vào u vào ca nó trong mi nhp hot ng mã là k. S chu k phát cn thit phát i các symbol mã không gian thi gian qua nhiu antenna phát là p. Mt khác, c mi khi k symbol a vào u vào thì t mi antenna phát s có p symbol không gian thi gian c phát i. T l mã ca mt mã khi không gian thi gian c nh ngha nh t s gia s symbol mà b mã hoá a vào u vào ca nó và s symbol mã không gian thi gian phát i t mi an ten. Nó c biu din nh sau:

k p Hiu sut ph ca mã khi không gian thi gian c tính nh sau:

R=

(4)

=

rb rs .mR k .m bit/s/Hz = = B rs p

(5)

ây rb và rs ln lt là tc bit và tc symbol, B là bng thông. Các phn t ca ma trn phát X là các t hp tuyn tính ca k symbol iu ch x1 , x2 ,..., xk và các liên hp ca

* * * nó x1 , x2 ,..., xk .

4. Mã khi không gian thi gian cu trúc trc giao (OSTBC). Ma trn phát X c xây dng da trên cu trúc trc giao nh sau:

X . X H = c x1 + x2 + ... + xk I nT

(

2

2

2

)

(6)

ây c là mt hng s, X H là Hermitian ca X và I nT là mt ma trn n v kích thc nT * nT. Hàng th i ca X biu th các symbol c phát i t antenna phát th i mt cách liên tc trong p chu k phát, trong khi ct th j ca X biu th các symbol c phát ng thi qua nT antenna phát ti thi im j. Ct th j ca X c xem nh mt symbol

- 4/4 -

không gian thi gian c phát ti thi im j. Mt phn t ca X nm hàng th i và ct th j là xi,j, i = 1, 2, ..., p s biu th cho mt tín hiu c phát i t antenna i ti thi im j. Ta có th thy rng t l mã ca mt mã khi không gian thi gian là nh hn hoc bng mt, R 1 [8]. Mã vi t l R = 1 không yêu cu m rng bng thông, trong khi mã vi 1 . i vi các mã khi không gian thi t l R < 1 cn m rng bng thông vi giá tr là R gian vi nT antenna phát, ma trn phát c biu din bi X nT , mã c gi là mã khi không

gian thi gian vi kích thc nT. Các cu trúc trc giao c áp dng xây dng các mã khi không gian thi gian. Các hàng ca ma trn phát X nT là trc giao vi nhau. iu ó có ngha là trong mi khi, các chui tín hiu t bt k hai antenna phát nào cng u trc giao. Ví d, nu chúng ta gi thit rng xi = (xi ,1 , xi , 2 ,..., xi , p ) là chui phát t antenna th i, i = 1, 2, ..., nT, chúng ta có:

xi.xj =

x

t =1

P

i ,t

. x *,t = 0 ; i j; i,j {1,2, ..., nT} j

(7)

ây xi.xj biu th tích trong ca các chui xi và xj.

5. Kt lun. S trc giao có th t c phân tp ln nht vi mt s lng antenna phát ã cho. Thêm vào ó, nó cho phép b thu tách các tín hiu ã c phát i t các antenna khác nhau bng vic s dng thut toán gii mã hp lý cc i n gin ch da trên vic x lý tuyn tính ca các tín hiu thu.

c bit vi các mã khi không gian thi gian cu trúc trc giao vi mt ma trn phát X nT vuông kích thc nT x nT, thì vi bt k Constellation tín hiu thc tu ý, gi s M - ASK và s lng antenna phát nT là 2, 4 hoc 8 [8] s có t l mã R = 1 và t phân tp là ln nht bng nT .

6. Tài liu tham kho [1]. Papoulis A., Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, Third Edition, McGraw Hill.

[2]. Stuber G. L. (1996), Principles of Mobile Communication, Norwel, Kluwer Academic Pubishers. [3]. Naguib A. F and Calderbank R. (2000), " Space - time coding and signal processing high data rate wireless communication", IEEE Signal Processing Magazine, vol. 17, no. 3, pp. 76 92. [4]. Liu Z., Giannakis G. B., Zhuo S. and Muquet B. (2001), "Space-time coding for broadband wireless communications", Wireless Communication and Mobile Computing, vol. 1, no. 1, pp 35-53.

- 5/5 -

[5]. Hiroike A., Adachi F. and Nakajima N. (1992), " Combined effects of phase sweeping transmitter diversity and channel coding", IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 42, pp. 170 - 176. [6]. Hiroike A. and Hirade K. (1978), "Multitransmitter simulcast digital signal transmission by using frequency offset strategy in land mobile radio telephone", IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 27, pp. 231 - 238. [7]. Vahid Tarokh, Nambi Seshadri, Robert Caderbank A. (1998), "Space - Time Block Coding for High Rate Wireless Communications: Performance Criterion and Code Construction", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, no. 2, pp. 744 - 765. [8]. Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, Robert Caderbank A. (1999), "Space - Time Block Codes from Orthogonal Designs", IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1456 1467.

- 6/6 -

Information

Microsoft Word - Phan tap phat voi OSTBC website.doc

6 pages

Find more like this

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

293736