Thuật toán d-blast trong công nghệ mimo

Hình 14 : Vertical encoding [8]

Chuỗi bít được mã hóa ghép xen lập bản đồ chòm sao rồi qua bộ tách để truyền trên các ăngten. Lấy ý tưởng từ sự truyền dẫn đa đường cho phép truyền dẫn song song các dòng phụ. Dựa trên sự thiết kế các bít thông tin được truyền ngang qua tất cả các ăngten. Với loại này thì yêu cầu giải mã ở nơi thu rất phức tạp.

3.2 Tầng mã hóa D-Blast (Layered Encoding D-Blast)

Trong V-BLAST, mỗi dòng mã hoá, hoặc lớp, trải dài theo chiều ngang trong lưới không gian-thời gian và được đặt theo chiều dọc. Trong kiến trúc được cải thiện hơn mỗi lớp là sọc chéo qua lưới không gian và thời gian. Kiến trúc này là tự nhiên gọi là đường chéo BLAST, hoặc D-BLAST cho ngắn. D-BLAST lược đồ bị mất mát một tỷ lệ bởi vì trong giai đoạn khởi tạo một số các ăng ten có thể giữ im lặng.

Hình 15 Kiến trúc D-Blast [8]

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 71 trang tài liệu này.

Hình 16 Mã hóa các ký hiệu anphabeta a,b,c,d,. trong tầng không gian thời gian.[8]

Mỗi hàng tương ứng với 1 ăngten truyền.Mỗi cột hiển thị truyền tín hiệu liên tiếp trong các chu kỳ thời gian .ví dụ tầng “a” tương ứng với các giá trị vào của ma trận tín hiệu sau :

Hình 17 Ma trận tín hiệu [8]

Để thực hiện mã hóa chúng ta mã hóa hàng bít thông tin có độ dài từ mã Nt dùng lược đồ mã thích hợp. Mỗi từ mã được ghép với 1 tầng không gian với Nt điểm vào được truyền trong suốt khe thời gian thích hợp.

Bộ phát phát  ký hiệu đầu tiên từ X 1,1 tới X 1, của chuỗi con X 1 (ký tự a ) qua ăngten phát thứ n tại khe thời gian đầu tiên TS 1 có độ rộng thời gian là  và phát  ký hiệu tiếp theo từ X 2,tới X 2,2của chuỗi con X 1 (ký tự a) qua ăngten phát

(n−1) tại khe thời gian thứ 2 TS 2 . Cứ như vậy, bộ phát sẽ phát  ký hiệu cuối cùng từ X4,3+1 tới X 4,4của chuỗi con X 1 (ký tự a) qua ăngten phát đầu tiên tại khe thời gian thứ 4 TS 4. Như vậy các ký hiệu từ X 1,1 tới M 1,4của chuỗi con X 1 được phát trên cả bốn ăngten và được phân bố chéo theo không gian và thời gian. Như vậy các ký hiệu được phát theo một đường chéo. Bộ phát sẽ phát chuỗi con thứ 2 X 2 (ký tự b ) từ khe thời gian thứ 2 (  2) đến chuỗi con cuối của ký tự b tại khe thời gian thứ 5 (4-5) của ăngten phát đầu tiên.

Ý tưởng chính của giản đồ mã hóa này là :

1. Tất cả ký hiệu Nt của từ mã được truyền trong suốt các khe thời gian khác nhau và.

2. Từng từ mã được truyền bằng tất cả các ăngten.

Lý do cho việc truyền một từ mã bằng tất cả các ăngten là các hệ số của kênh có 1 dung sai tối đa và các dung sai này ngày càng nhỏ dần. Lý do để truyền trong các khoảng thời gian khác nhau là vì các ký hiệu cùng từ mã không gây nhiễu cho các từ mã khác, nó cho phép giải mã thuận lợi. Hình dưới là quá trình xử lý tín hiệu truyền qua tầng không gian thời gian.

Hình 18 Sơ đồ thuật toán mã hóa [4]

D-Blast được coi như kiến trúc phát chứ không phải mã không thời gian : Thông qua xử lý tín hiệu và ghép xen từ mã xuyên các ăngten, nó biến kênh MIMO thành các kênh song song. Do vậy, nó cho phép dùng bất cứ mã kênh song song tốt nào cho kênh MIMO.

3.3 Tầng giải mã ( Layered Decoding D-Blast)

Trong D-blast các từ mã của các tầng không gian đều được giải mã tại cùng một thời điểm, chúng ta mô tả Successive cancellation làm thế nào để giải quyết nhiễu giữa các tầng, và mô tả mỗi tầng được giải mã như thế nào.chúng ta muốn giải mã tại tầng nhãn ký tự “a” thì tại thời gian này “z” và các ký tự trước đó đã được giải mã. Bởi vậy chúng ta có thể hoàn thành loại nhiễu trên tầng ký tự a.Tuy nhiên tầng b và các tầng sau đó không được giải mã do đó nhiễu vẫn còn. Sau khi xử lý nhiễu giữa các tầng, mỗi ký tự tầng “a” bị sai lệch do tác động của nhiễu, nhiễu trên các ký hiệu khác nhau là khác nhau và khi đó việc áp dụng mã hóa sẽ làm tăng độ tin cậy cho các ký hiệu và giúp việc giải mã chính xác.Có hai cách để xử lý nhiễu giữa các tầng, BLAST- nulling và BLAST-MMSE. Quá trình giải mã :

Hình 19 Lược đồ không gian tại nơi nhận.[4]

Hình 20 Ma trận chuỗi bít con của từ mã.

Hình 21 Sơ đồ hệ thống xử lý phức tạp tại nơi thu.[4]

Do các ký hiệu của các dòng con thu được, được đặt theo đường chéo, trong mỗi khe thời gian có (n−1) các tín hiệu nhiễu từ các ăngten thu khác. Ở đây thì các tín hiệu nhiễu có thể được chia thành các tín hiệu nhiễu nằm phía trên đường chéo và các tín hiệu nhiễu nằm phía dưới đường chéo. Bộ thu D-Blast sẽ loại bỏ các tín hiệu nhiễu ở dưới đường chéo bằng cách sử dụng mô hình canceling loại bỏ tín hiệu đã được tách tại khe thời gian trước đó. Bộ thu D-Blast sẽ sử dụng mô hình Nulling để tìm tín hiệu tiếp theo của đường chéo bằng cách loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu từ các ký hiệu ở phía trên đường chéo.

Ta thấy, chỉ tồn tại các tín hiệu nhiễu ở phía dưới đường chéo tại khe thời gian đầu tiên TS 1. Bộ thu D-Blast thu được ký hiệu đầu tiên của dòng con phát S 1 tương ứng với chuỗi con X 1 bằng cách thực hiện canceling. Trong khe thời gian thứ 2 (2 đến 3) và thứ 3(3 đến 4) thì tồn tại cả tín hiệu nhiễu dưới đường chéo và trên đường chéo, bộ thu D-Blast sẽ thu được n ký hiệu thứ 2 và thứ 3 của dòng con phát S1 bằng cách thực hiện canceling và nulling. Tương tự với các khe thời gian.

Chỉ các tín hiệu nhiễu bị khử bởi nulling tồn tại phía trên đường chéo trong khe thời gian TS 1 tới TS n. Bộ thu D-Blast sẽ thu được dòng con phát S 1 bằng cách thực hiện Nulling trên mỗi khe thời gian. Bộ thu D-Blast sẽ tái tạo lại tín hiệu D- Blast bằng cách thực hiện lặp đi lặp lại mô hình canceling và nulling như mô tả ở trên. Tuy nhiên tín hiệu D-Blast được phát theo đường chéo. Tín hiệu thu được sau bao gồm nhiều nhiễu hơn tín hiệu thu được trước. Chính bởi vậy các tín hiệu D- Blast thu được sẽ có tỷ số tín trên nhiễu dạng bậc thang, cụ thể tín hiệu thu được sau sẽ có tỷ số tín trên nhiễu nhỏ hơn tín hiệu thu được trước. Chính vì đặc điểm này, nhiều tín hiệu có tỷ số tín trên nhiễu thấp có thể bao gồm nhiễu mạnh hơn tín hiệu thuần túy. Do đó lỗi có thể xảy ra nếu có một vài tín hiệu có tỷ số tín trên nhiễu thấp liên tiếp nhau, do đó làm giảm hiệu năng hiệu chỉnh lỗi của hệ thống. Người ta xử lý kỹ điều này bằng kỹ thuật ghép xen.

3.3.1 D-Blast- nulling

Đây là quá trình loại bỏ các ký tự không mong muốn Cn từ chuỗi data nhận được Rn. Blast-nulling dùng successive cancellation để loại bỏ nhiễu trên các tầng đã sẵn sàng giải mã và sử dụng lược đồ Gram-Schmidt để làm vô hiệu nhiễu tại tầng mà phương pháp trực giao với nhiễu không loại bỏ nhiễu được.

Để tìm được điểm vào X2,2của tầng “a” tín hiệu nhận tại thời gian 2 là: y2= H x2+ w2trong đó Xi,2với i>2 là đã được giải mã, còn X1,2là chưa được giải mã. y2được tiền xử lý như sau :

Ma trận kênh sẽ là: H=QR, Q là ma trận đơn vị, R là ma trận tam giác trên tức là ma trận các thành phần bên dưới bằng 0. y’2= Q+ y2=RX2+ w’2

Trong đó w’2=Q+ w2và “+” là phép chuyển vị liên hợp.

Ta có :

y'

r11

r12

.....

r1Nt x1, 2t 

w'1,2t 

1,2t 

 0 r

...... r

x

w' 

y'

= 22

2 Nt 

2,2t + 

2, 2t 

(3.1)

2,t



 ..

... ..

... 

... 

 ... 

y'Nt , 2t 0

...

0 r x

w' 

NtNt 

Nt ,2t 

Nt ,2t 

Hàng thứ 2 của ma trận trên:

y’2,2T=r22x2,2t +r23x3,2t+….+r2NtxNt,2T+w’2,2T (3.2)

Chúng ta nhìn thấy thành phần chưa được giải mã X1,2không xuất hiện trong quá trình nulling còn các thành phần đã được giải mã Xi,2với i>2 thì được loại bỏ, ta có

y~2,2t=r22x2,2t+w’2,2t (3.3)

Bây giờ ta đã xác định được X2,2.Nếu như các thành phần Xi,2với i>2 có giải mã sai thì các giá trị giải mã sai này cũng được loại bỏ. Và X2,2chống giải mã sai tốt. Hiện tượng này được biết như là lỗi truyền lan.

Chúng ta sẽ xác nhận tất cả chuỗi con của ký tự “a” đưa tất cả các khối vào bộ giải mã .

Hình 22 Lược đồ giải mã Blast-nulling [6]

Chúng ta thấy được một phần khả năng cấu trúc của hệ thống, lưu ý tăng ích kênh khả dụng theo kinh nghiệm của X2,2là r22 tương tự Xi,j là ri,j. Kiến trúc Blast với giải mã Blast-nulling trong môi trường nhiễu trắng độc lập thì có tăng ích kênh khả dung là rii.. Tương tự như trong trường hợp OSTBC tăng ích kênh là khác nhau và từ mã được truyền qua tất cả các kênh phụ (tất cả các ăngten phát) trong toàn bộ cấu trúc không gian.

Dung năng kênh của các kênh phụ vô hướng là :

Log2(1+pr2ii) (3.4)

Trogn đó :  = SNR/Nt Khi đó tổng dung năng của kiến trúc Blast-nulling là: CBLAST-nulling=i=1Ntlog2(1+pr2ii) (3.5)

So sánh với dung năng giới hạn kênh Gaussian :

Cchannel (H)=log2(det(INr+HH+))=log2(det(INr+RR+)) (3.6) Blast-Nulling là gần tối ưu. Ví dụ khi Nt=2,

CBLAST-nulling=log2((1+r211)(1+r222)), (3.7)

Cchannel=log2((1+r211)(1+r222)+r212) (3.8)

Blast-nulling chỉ dùng cho lược đồ không gian với ma trận R ( nửa dưới đường chéo bằng 0 ) vì thế mà nó là gần tối ưu. Ngoài ra nó vẫn còn fading.

3.3.2 D-Blast –MMSE ( MMSE tối thiểu bình phương trung bình lỗi )

Blast-MMSE là một loại của Blast-Nulling. Chúng ta sẽ phân tích kiến trúc Blast- MMSE trong trường hợp 2 ăngten truyền và 2 ăngten nhận. Blast-nulling là gần tối ưu, còn Blast-MMSE tạo ra tối đa dung năng kênh trong lược đồ không gian với ma trận R. Sự khác nhau giữa Blast Nulling và Blast MMSE là nhiễu không được giải mã tại các bít vào.Ta có :

y’2T=Rx2t+w’2t (3.9)

Khi đó chỉ có hàng thứ 2 được giải mã X2,2, chúng ta bỏ ra các bit đã được giải mã Xi,2với i>2 khi đó :