40
MIMO III: CÂN BNG PHÂN TP – GHÉP KÊNH VÀ CÁC MÃ KHÔNG GIAN – THI GIAN VN NĂNG NHÓM 8 CHƯƠNG 9 Văn Quang Dũng Trn Vit Hng Nguyn Nam Phong Nguyn Hng Sơn NHÓM 8 CHƯƠNG 9 HÀ NI 9/2014 1

Tiểu luận nhóm 8 - Truyền thông số nâng cao

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tài liệu dịch chương 9 về MIMO III của nhóm 8 lớp M14CQTE01-B.

Citation preview

  • MIMO III: CN BNG PHN TP GHP KNH V CC M KHNG GIAN THI GIAN

    VN NNG

    NHM 8 CHNG 9Vn Quang DngTrn Vit HngNguyn Nam PhongNguyn Hng Sn

    NHM 8 CHNG 9

    H NI 9/20141

  • Ni dung Chng 1: Gii thiu chung

    1. Gii thiu v cc h thng truyn thng khng dy

    2. Tm tt ni dung cc chng ca cun sch

    Chng 2: Cn bng phn tp ghp knh v cc m khng gian thi gian vn nng

    2

    khng gian thi gian vn nng1. Xc nh cn bng ghp knh phn tp cho trng

    hp knh fading chm c SNR cao

    2. Xy dng cc m vn nng cho trng hp cc knhMIMO v MISO

  • Chng 1 Gii thiu chung

    Gii thiu s hnh thnh, pht trin ca truyn thngkhng dy: 1897: h thng in bo u tin ca Marconi

    S pht trin mng di ng: AMPS GSM, TDMA (IS-36), CDMA (IS-95) 3G 4G;

    3

    36), CDMA (IS-95) 3G 4G;

    H thng cc mng WLAN, Bluetooth, Adhoc

  • Chng 1 Gii thiu chung Ni dung cc chng, ch yu lin quan n knh

    fading khng dy: Chng 2: m hnh knh fading a ng

    Chng 3: truyn thng qua knh fading im im

    Chng 4: a truy nhp v qun l nhiu

    Chng 5: dung lng knh khng dy

    4

    Chng 5: dung lng knh khng dy

    Chng 6: dung lng a ngi dng v truyn thng c hi

    Chng 7: MIMO I: M hnh knh v ghp knh khng gian

    Chng 8: MIMO II: Dung lng v kin trc ghp knh

    Chng 9: MIMO III: Cn bng phn tp ghp knh v cc mkhng gian thi gian vn nng

    Chng 10: MIMO IV: Truyn thng a ngi dng

  • Chng 2 Cn bng phn tp ghp knh Cng thc

    Knh Rayleigh v hng

    Knh Rayleigh song song

    Knh Rayleigh MISO

    Knh 2 x 2 Rayleigh MIMO

    5

    Knh 2 x 2 Rayleigh MIMO

    Knh i.i.d Rayleigh MIMO tng qut

  • Cng thc li phn tp :

    Hiu nng quan trng d* c o cho knh fading chm ( tc c nh R, tc cao nht ph thuc vo s r rng knh truyn, xc sut dng)

    V d knh i.i.d MIMO

    Xc sut dng Xc sut dng

    li ghp knh Cc knh MIMO fading nhanh : dung lng ghp knh ( M

    ha trn rt nhiu s r rng knh, dung lng trung bnh)

    Vi knh i.i.d MIMO

    t li phn tp ti a, tc phi c c nh

    6

  • Cng thc (tip) Cn bng ghp knh phn tp

    li phn tp d*(r) l t c vi li ghp knh nu

    v

    logR r SNR=*( )(R) SNR d routP

    *logp (rlogSNR)lim ( )out d r=

    ng cong d*(r) l cn bng phn tp ghp knh caknh fading chm

    Vi m hnh m ha khng gian thi gian : thay th Poutbng Pe (v bng d

    * )

    7

    *logp (rlogSNR)lim ( )outSNR

    d rlogSNR

    =

  • Knh Rayleigh v hng - PAM

    M hnh knh v hng Nhiu Gauss trng cng H s fading Cng sut hn ch SNR Xc sut li PAM

    Vi SNR cao Ta gi s khong cch cc chm t n Khong cch nh nht t c

    Vi ta c

    Cn bng phn tp ghp knh cho PAM

    8

  • Knh Rayleigh v hng - QAM

    QAM : c 2R/2 im chm sao trn mi kch thc thc o

    Khong cch nh nht v xc sut li QAM ( SNR cao)

    Cn bng phn tp ghp knh cho QAM Cn bng phn tp ghp knh cho QAM

    9

  • Knh Rayleigh v hng PAM&QAM

    Phn tch trng hp 1: dmax :=d(0) li phn tp c in cho mt m hnh c tc c nh

    M t xc sut li R = const c th c gim vi SNR cho mt tc c nh

    V d : Tng SNR 6dB vi tc c nh

    pe gim do tng Dmincng vi tng SNR

    10

  • Knh Rayleigh v hng PAM&QAM

    Phn tch trng hp 2 : rmax = arg d(r) = 0

    S cc bc t do

    M t s nhanh ca tc c th tng vi SNR cho mt xc sut li c nh: pe = const

    V d : Tng SNR ln 6dB V d : Tng SNR ln 6dB

    Vi pe = const hay

    (Dmin = const) th li SNR

    c th tn dng tng s

    lng bit

    11

  • Knh Rayleigh v hng cn bng ti u

    Xc sut dng v SNR cao xp x

    (Bc cui : cho Rayleigh fading v s nh

    QAM khng m ha l ti u DMT

    12

  • Knh Rayleigh song song M hnh knh : cc knh song song

    Nhiu cng Cng sut gii hn SNR trn tng knh ph li phn tp ti a

    Gi s tc mc tiu cho tng knh ph Xc sut dng Xc sut dng

    Xc sut dng xy ra nu tng knh ph l dng

    Knh bng phn tp ghp knh ti u

    13

  • Knh Rayleigh song song

    M ha lp li : truyn k t xc nh QAM cho tng knh song song

    M ha lp li t c phn tp ton b

    Tc c gim bi nhn t 1/

    So snh

    So snh

    14

  • Knh Rayleigh MISO M hnh knh : nt anten truyn Vi:

    Nhiu cng Cng sut truyn ton b gii hn SNR li phn tp ti a

    Gi s tc mc tiu Xc sut dng Xc sut dng

    l mt gi tr bt k vi bc t do 2nt v do

    Cn bng phn tp ghp knh ti u

    15

  • Knh Rayleigh MISO

    Alamouti chuyn mt knh MISO thnh 1 knh v hngvi im dng ging

    Alamouti vi QAM l ti u cn bng phn tp ghp knh

    M ha lp : truyn cng 1 k t qua 2 anten vo cng 1thi im, ng cn bng phn tp ghp knh vi nt =2thi im, ng cn bng phn tp ghp knh vi nt =2l

    16

  • Knh Rayleigh MIMO 2x2

    So snh 4 trng hp : M ha lp, Alamouti, V-BLAST

    Chng trnh chuyn cc knh thnh knh v hng DFT c th thu c trong cc trng hp v hng

    V-BLAST vi b gii m kh nng ti a (ML) Xc sut li cp (PEP) vi 2 t m (vi nng lng truyn trung bnh

    chun ha v 1)Xc sut li cp (PEP) vi 2 t m (vi nng lng truyn trung bnhchun ha v 1)

    Trng hp xu nht PEP

    DMT : ()=2 Ti u DMT : ng tuyn tnh tng phn ni nhau (0,4) , (1,1) v

    (2,0)

    17

  • Knh Rayleigh MIMO 2x2

    So snh 4 m hnh m ha

    18

  • Knh i.i.d Rayleigh MIMO tng qut

    M hnh knh : (nt x nr) knh MIMO vi i.i.d Rayleigh fading

    Xc sut dng vi: R = r logSNR

    chin lc truyn K ph thuc vo SNR chin lc truyn Kx ph thuc vo SNR Gi s

    DMT cho knh MIMO vi i.i.d Rayleigh fading c th c chia thnh cc on vi cc im ni

    19

  • Knh i.i.d Rayleigh MIMO tng qut

    Bn tri: ng DMT ti u cho knh MIMO vi i.i.d Rayleigh fading

    Bn phi: thm 1 anten pht 1 anten nhn dch ton bng DMT thm 1

    20

  • Chng 2 Thit k m ti u ngcn bng phn tp ghp knh

    M hnh m vn nng xp x

    Knh v hng

    Knh song song

    Knh MISO

    21

    Knh MISO

    Knh MIMO

  • M hnh m vn nng xp x

    Xc sut dng v cc m vn nng t c xc sut nh ty khi knh khng mt lin lc

    (chiu di m khi ln, m mnh)

    Hin tng fading su nh hng ti hiu sut li SNRcao; n ph thuc vo m hnh v knh truyncao; n ph thuc vo m hnh v knh truyn

    Cc m hnh m vn nng xp x Hin tng fading su ch ph thuc vo knh, khng

    ph thuc vo m hnh

    M xp x l iu kin t c ti u DMT caknh

    22

  • Knh v hng

    Xc sut li c iu kin h s fading knh l h :

    vi dmin 1/2R/2

    Xt 2 trng hp Khi khong cch gia cc im chm sao

    l ln hn nhiu so vi lch chun ca nhiu Gausian

    2 2min| |2

    SNRQ h d

    minSNR d 1h l ln hn nhiu so vi lch chun ca nhiu Gausian

    Khi khong cch gia cc im chm saol nh nhau v mt ln so vi lch chun

    Hin tng suy gim su: |h|2< 2R/SNR

    iu kin dng ca knhlog ( 1 + |h|2SNR )

  • Knh v hng

    Phn tch trn ch ng vi iu kin knh c h sfading l h nhng khng ng cho h s phn b P(h)

    QAM t c DMT ti u di bt k loi knhthng k (khng ch Rayleigh), do n l vn nng

    iu kin vn nng xp x ca QAM l: d2min> 1/2Riu kin vn nng xp x ca QAM l: d min> 1/2

    Bt c chm sao no vi thuc tnh trn th u l mvn nng xp x

    Tm li: Mt m hnh gi l xp x nu n suy gim su ch khi

    knh trng thi dng (mt lin lc) M xp x l iu kin t c cn bng DMT

    24

  • Knh song song Tiu ch thit k m

    Gi s c L knh song song, c m hnh:

    yl=hlxl + wl vi iu kin:

    M ha: Chiu di t m l L theo L knh con

    Tc mi knh con: R bit/s/Hz

    Knh i.i.d AWGN nhiu wi CN(0,1)Cng sut truyn mi knh con P = SNR

    Tc mi knh con: R bit/s/Hz

    iu kin dng ca knh:

    iu kin xc sut li cp cho t m xA , xB

    Vi sai lch t m chun ha knh th l l:

    2

    1log(1 | | )

    L

    ll

    h SNR LR=

    +

  • Knh song song Tiu ch thit k m

    Mc ch thit k: Tm xc sut li trong trng hp xu nhttrn tt c cc knh m khng mt lin lc:

    tng ng

    Bi ton ti u

    Cng thc thay th, vi ta c:

    1

    2 2

    ..... 1min | | | d |

    2L

    L

    l lh h l

    SNR h=

    2

    1log(1 | | )

    L

    ll

    h SNR LR=

    +

    2 2:Q SNR h d= Cng thc thay th, vi ta c:

    tng ng

    Cch gii quyt nh Waterfiling

    Knh cht lng km nht:

    Vi l b nhn Lagrange tha mn iu kin rng buckhng mt lin lc

    2 2:l l lQ SNR h d=

    1 0.....Q 0 1

    1min

    2L

    L

    lQ lQ

    =

    21

    log 1 | |L

    l

    l l

    Q LRd

    =

    +

    22

    1 1| | 1| d |l lh

    SNR

    +

    =

    26

  • Knh song song Tiu ch thit k m

    Xc sut li trng hp xu nht

    Vi tha mn

    Tiu ch thit k m vn nng

    27

  • Knh song song V d M hnh khng m:

    L chm sao c lp (QAM) vi mi chm 2R im c pht tch bit c lp trn mi knh con

    Trong trng hp xu nht: 2 t m xA , xB ch khc nhau 1 k t, hay ni cch khc ch c 1 t m non-zero dl

    Tiu ch thit k c nh gi

    M hnh m lp

    2 0ld = M hnh m lp

    Cng mt k t c truyn trn tt c cc knh con

    V d: L = 2 knh con, tc R = 2 bits/s/Hz

    Tnh c:

    Tiu chun thit k

    m l: 8/3

    2min 4 / 9d =

    28

  • Knh song song V d

    M hon v Cng mt chm sao s dng chung cho cc knh con nhng

    khc th t k t

    Cc k t gn nhau trong chm sao ny th xa nhau trong chm sao kia

    V d: L = 2 knh con, R = 2 bits/s/Hz V d: L = 2 knh con, R = 2 bits/s/Hz

    Tham s thit k

    m l 44/9

    29

  • Knh MISO

    Ti s kin mt lin lc cho knh MISO nt x 1

    Trng hp c bit nt = 2. M hnh Alamouti chuyn knhMISO thnh knh v hng vi li cng sut gimtheo h s 2 xc sut dng thay i nh nhau

    h

    2log 1 SNRh Rn

    + 2 th sao?

    Gii php: chuyn knh MISO thnh knh song song S dng mt anten ti 1 thi im vi 1 m song song ti u

    Thu c li cao nht nt cho knh i.i.d Rayleigh fading

    t c ti u cn bng cho cc knh vi h s i.i.d fadingnhng khng tng qut

    30

  • Knh MISO So snh 2 m hnh: Alamouti v hon v trong trng hp

    QAM khng m

    li hn km nhau 1.5 dB

    31

  • Knh MISO Tiu ch thit k m Xc sut li cp cho 2 ma trn t m b xo trn XA , XB

    Trng hp xu nht trn tt c cc knh khng mt lin lc

    32

    vi gi tr ring nh nht 1 ca sai lch t m chun ha:

    N t sp xp theo ng cht lng km nht ca ma trn sai lch t m

    Tiu ch thit k:Ti a ha gi tr ring nh nht ca khong cch t m

    m bo rng tt c cc cp t m tha mn

  • Knh MIMO M ha m hnh D-BLAST

    M hnh knh MIMO fading chm

    S kin mt lin lc ma trn hip phng sai phn pht Kx

    M hnh D-BLAST vi MMSE-SIC chuyn i knh MIMO thnh nt knh con song song

    Vi SINR1 , , SINRnt l tng quan

    33

  • Knh MIMO M ha m hnh D-BLAST Xc sut mt lin lc (D-BLAST v MMSE-SIC tc R=rlogSNR

    bits/s/Hz)

    Xc sut mt lin lc coi nh l suy hao khi to cho n dng bitghp xen

    34

    So snh vi xc sut mt lin lc MIMO

    t ng cong cn bng n , n l iu kin bt buc gn ti ucho n xc nh

    Ci thin hiu sut cn bng bng b gii m ML chung cho cc dng bit

  • Knh MIMO V d V d knh fading MIMO 2 x 2

    n = 2 vi cc t m con

    v

    Truyn pht phn chia theo anten v thi gian

    35

    D-BLAST vi b gii m ML l DMT ti u vi 0 r 1

  • Knh MIMO Tiu ch thit k m

    Tng t nh trng hp knh MISO: knh trong trng hpxu nht t sp xp theo hng yu nht c cho bi ma trnsai lch t m i mt

    Knh MIMO: c nmin hng

    Tiu ch thit k: ti a ha vi nmin l gi tr nhnht ca cc ma trn sai lch t m chun ha

    36

    nht ca cc ma trn sai lch t m chun ha

    Vi nt nr , n tng ng vi tiu ch quan trng

    Nh cho cc knh song song, m xp x vn nng c c tnh:

    Tiu ch lng hn:

    vi c l hng s >0

  • Knh MIMO Tiu ch thit k m

    Mt m m tha mn tiu ch lng nu trn cho knhMIMO kch thc nt x nt th cng l m xp x cho knhMIMO kch thc nt x nr vi mi gi tr ca s lnganten thu nr .

    37

    anten thu nr .

  • KT LUN i vi mt knh fading chm c SNR cao, s cn bng

    gia tc d liu v xc sut li c xc nh bi s cnbng gia li ghp knh v phn tp;

    li phn tp ti u d*(r) c xc nh bi xc sut mtlin lc ca knh tc d liu r logSNR bits/s/Hz;

    38

    M vn nng cung cp mt tiu chun thit k m mi;thay v trung bnh ha trn s liu thng k ca knh,chng ta xem xt n hiu sut ca mt m qua knh xunht m n khng mt lin lc;

  • KT LUN i vi mt knh song song, tiu ch thit k m vn nng

    l ti a tch ca cc sai lch t m; n cng tng tnh tiu chun xy ra bi trung bnh ha qua knhRayleigh thng k

    i vi knh MISO, tiu chun thit k m vn nng l ti a ha gi tr n nh nht ca ma trn sai lch t m.

    39

    ti a ha gi tr n nh nht ca ma trn sai lch t m.

    i vi knh MIMO kch thc nt x nr , tiu ch thit k mvn nng l ti a ha tch ca nmin cc gi tr n nhnht ca ma trn sai lch t m. i vi nr nt , tiu chunny tng t nh tiu chun trung bnh ha qua knhthng k i.i.d Rayleigh.

  • Nhm 8 Truyn thng s nng cao40