Luận án Xử lý tín hiệu đa chiều trong thông tin di động băng rộng đa người dùng

ten thu thự r cừa node A (kảnh chừ đớch).
 _ (r;t)
Tương tự như vêy, hl;n;m là độ lủi kảnh tự giao thoa (tứ anten phĂt cừa node A vã
 (r)
anten thu cừa chẵnh nú). zn;m là mău nhiạu trưng cởng Gaussian với variance No. L
và L_ là số đường dăn phƠn tẵch cừa kảnh chừ đớch và kảnh tự giao thoa.
 Đỏp ựng xung kảnh truyãn cừa cĂc kảnh chừ đớch và tự giao thoa Ăp dụng
 7
cĂc mụ hẳnh triºn khai cơ sở BEM:
 Q
 (r;t) X (r;t)
 hl;n;m = bn+Ng+mNs;q cq;l ; l 2 f0; :::; L − 1g; (2.7)
 q=1
 Q_
 (r;t) (r;t)
 _ X _ _
 hl;n;m = bn+Ng+mNs;q c_q;l ; l 2 f0; :::; L − 1g; (2.8)
 q=1
với Ns = N + Ng là chiãu dài ký tự OFDM sau khi ch±n CP, m = 0; :::; M − 1 và M
là số ký tự OFDM dỳ liằu lăn pilot trong mởt chựm. Q và Q_ là số hàm cơ sở được
sỷ dụng cho kảnh chừ đớch và tự giao thoa.
 Độ lủi kảnh truyãn thay đổi theo thời gian đường thự l cừa ký tự OFDM pilot
tÔi vị trẵ thự mp trong mởt chựm cú thº được biºu diạn ở dÔng vector:
 h(r;t) = B c(r;t); (2.9)
 l;mp mp l
 h_ (r;t) = B_ c_ (r;t); (2.10)
 l;mp mp l
 _
với hl;mp và hl;mp là cĂc vector cừa cĂc đỏp ựng kảnh chừ đớch và tự giao thoa.
 Tờng hủp cĂc đường cừa kảnh truyãn bián đổi theo thời gian được biºu diạn
ở dÔng vector:
 (r;t) (r;t)
 h = BLc ; (2.11)
 _ (r;t) _ (r;t)
 h = BLc_ ; (2.12)
 h iT h iT T h iT h iT h iT T
với h(r;u) = h(r;u) ; :::; h(r;u) , h(r;u) = h(r;u) ; :::; h(r;u) ; :::; h(r;u) ,
 0 L−1 l l;m1 l;mp l;mP
 T
 T h iT h iT 
B = I ⊗ B B = BT ; :::; BT ; :::; BT  c(r;u) = c(r;u) ; :::; c(r;u)
 L L , m1 mp mP và 0 L−1 . Tẵn
hiằu thu được trong (2.6) được viát lÔi là:
 Nt L−1 Q
 (r) X X X (r;t) (t)
 yn;m = bn+Ng+mNs;q cq;l xn−l;m
 t=1 l=0 q=1
 | {z }
 intended signal
 _
 Nt L_ −1 Q
 X X X _ (r;t) (t) (r)
 + bn+Ng+mNs;q c_q;l x_ n−l;m + zn;m : (2.13)
 |{z}
 t=1 l=0 q=1 AWGN
 | {z }
 self-interference signal
 CĂc mău tẵn hiằu thu được tương ựng với P ký tự OFDM pilot biºu diạn ở
dÔng vector như sau:
 " #
 h i c
 yP = S S_ + z = Ta + z; (2.14)
 _c
 8
 T
 T h iT h iT  h iT
với yP = yT ; :::; yT  , y = y(1) ; :::; y(Nr) , y(r) = y(r) ; :::; y(r) ,
 m1 mp mp mp mp mp 0;mp N−1;mp
 T
 h i T h (1) (N )i (t) h (t) (t) i
T = S S_ , S = ST ; :::; ST  , S = S ; :::; S t , S = s B ; :::; s B ,
 m1 mP mp mp mp mp 0;mp mp L−1;mp mp
 h i T h iT
s(t) = diag x(t) ; :::x(t) , S_ = S_ T ; :::; S_ T  , S_ = S_ (1) ; :::; S_ (Nt) ,
 l;mp 0−l;mp N−1−l;mp m1 mP mp mp mp
 h i h i T
S_ (t) = _s(t) B ; :::; _s(t) B , _s(t) = diag x_ (t) ; :::x_ () , a = cT ; _cT  ,
 mp 0;mp mp L−1;mp mp l;mp 0−l;mp N−1−l;mp
 h T T iT h T T iT h T T iT
c = c(1) ; :::; c(Nr) , c(r) = c(r;1) ; :::; c(r;Nt) , _c = _c(1) ; :::; _c(Nr) ,
 h T T iT
_c(r) = _c(r;1) ; :::; _c(r;Nt) .
2.4.2 Ước lượng ML cho kảnh truyãn bián đổi theo thời gian
 Tứ mụ hẳnh hằ thống, ta ước lượng ML cho cĂc hằ số BEM như sau [63]:
 a^ = (TH T)−1yP : (2.15)
Ước lượng ML cừa đỏp ựng kảnh truyãn bián đời theo thời gian cú thº được xĂc
định bởi:
 (r;t) (r;t)
 hb = BLbc ; (2.16)
 (r;t) (r;t)
 _ _
 hb = BLb_c ; (2.17)
với:
 " #T
 h iT h iT h iT T (r;t)  (r;t) T  (r;t) T  (r;t) T
h(r;t) = h(r;t) ; :::; h(r;t) ; :::; h(r;t) , hb_ = hb_ ; :::; hb_ ; :::; hb_ ,
bl bl;m1 bl;mp bl;mP l l;m1 l;mp l;mP
 T
 T h iT h iT  (r;t)
B = I ⊗ B, B = BT ; :::; BT ; :::; BT  , c(r;t) = c(r;t) ; :::; c(r;t) và _c =
 L L m1 mp mP b b0 bL−1 b
 T
h (r;t)iT h (r;t) iT 
 b_c0 ; :::; b_cL−1 .
2.4.3 XƠy dựng giới hÔn thĐp nhĐt Cram²r Rao
 Giới hÔn Cram²r Rao Lower Bound (CRLB) cừa tham số ước lượng ! được
tẵnh như sau [63]:
 0 " #!−11
 2 SH S jSH S
 CRLB(!) = diag Re :
 @ H H A (2.18)
 No −jS SS S
2.4.4 Kát quÊ mụ phỏng và thÊo luên
 Hẳnh 2.5 biºu diạn cĂc kát quÊ MSE cừa ước lượng đỏp ựng kảnh truyãn bián
đổi theo thời gian theo SNR. Trản hẳnh v³, hàm cơ sở DPS-BEM cho hiằu nông
MSE tốt nhĐt so với GCE-BEM và CE-BEM. Ngoài ra, đường a (ước lượng ML cho
kảnh block-fading) cho hiằu nông MSE rĐt k²m do Ăp dụng cho kảnh bián đổi theo
thời gian.
 9
 1
 10 102
 a: Block-fading
 b: CE-BEM
 0
 10 101 c: GCE-BEM
 d: DPS-BEM
 10−1 100
 10−2 10−1
 MSE cừa đỏp ựng kảnh
 a: Block-fading MSE cừa đỏp ựng kảnh
 10−3 b: CE-BEM 10−2
 c: GCE-BEM
 d: DPS-BEM
 10−4 10−3
 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 50 100 150 200 300 400 500
 SNR (dB) Tốc độ (km/h)
Hẳnh 2.5: MSE cừa đỏp ựng xung kảnh Hẳnh 2.6: MSE cừa đỏp ựng xung kảnh
truyãn theo SNR. truyãn theo tốc độ di chuyºn tương đối.
 Như quan sĂt được trong hẳnh 2.6, hiằu nông thuêt toĂn ước lượng kảnh
block-fading trở nản rĐt k²m khi tốc độ di chuyºn tương đối giỳa hai node gia tông,
điều này bởi vẳ cĂc giĂ trị ước lượng được cừa mău đỏp ựng kảnh truyãn theo giÊi
thuêt ước lượng block-fading bị lội thời so với giĂ trị tực thời tÔi mău đang x²t.
Hẳnh này cỏn cho thĐy rơng viằc Ăp dụng hàm cơ sở DPS s³ cho hiằu nông cao nhĐt
trong cĂc kảnh truyãn bián đổi theo thời gian.
2.5 Kát luên
 Trong chương, tĂc giÊ đó đề xuĐt mới:
 - Cụng thực tẵnh SIR cừa hằ thống truyãn dăn OFDM trản kảnh truyãn bián
đổi theo thời gian với sự hiằn diằn cừa nhiạu pha và độ lằch tƯn số súng mang được
kiºm chựng bơng mụ phỏng Monte-Carlo [60].
 - Thuêt toĂn ước lượng kảnh ML dựa trản cĂc mụ hẳnh triºn khai cơ sở BEM
cho cĂc hằ thống MIMO-OFDM song cụng. Kát quÊ mụ phỏng cho thĐy thuêt toĂn
đề xuĐt đó cho hiằu nông ờn định với kảnh truyãn bián đổi theo thời gian [63].
 10
 Chương 3: NƠng cao dung lượng hằ thống thụng tin di
 động đa người đựng đa chặng
3.1 Giới thiằu
 Chương này trẳnh bày cĂc kỹ thuêt xỷ lý tẵn hiằu trong hằ thống thụng tin
di động đa người dựng như kỹ thuêt đa truy cêp phƠn chia theo khụng gian, kỹ
thuêt truyãn thụng đa chặng, kỹ thuêt tiãn/hêu m húa... Tứ lý thuyát cơ bÊn này,
tĂc giÊ đó đề xuĐt cĂc giÊi thuêt thiát ká cĂc ma trên tiãn/hêu m húa [84], [85],
[86] đº nƠng dung lượng hằ thống thụng tin di động đa chặng - đa người dựng sỷ
dụng bở chuyºn tiáp hai chiãu (two-way relay) khuách đại và chuyºn tiáp Amplify
and Forward (AF) dưới ràng buởc cụng suĐt phĂt cừa hằ thống.
3.2 CĂc kỹ thuêt truyãn dăn đa người dựng, đa chặng
3.2.1 Kảnh truyãn đa người dựng
3.2.2 Đa truy cêp phƠn chia theo khụng gian SDMA
3.2.3 Kỹ thuêt truyãn thụng đa chặng
3.2.4 Kỹ thuêt tiãn m húa tuyán tẵnh
3.2.5 Lêp lịch người dựng trong cĂc mÔng truyãn dăn MIMO đa người
 dựng
3.2.6 Mụ hẳnh toĂn học cừa hằ thụng multi-user MIMO
3.2.7 Kỹ thuêt tiãn/hêu m húa Block Diagonalization (BD) cho hằ
 thống thụng tin di động đường xuống đa anten đa người dựng
3.3 Đề xuĐt kỹ thuêt tiãn/hêu m húa trong hằ thống chuyºn tiáp hai
 chiãu
3.3.1 Mụ hẳnh hằ thống
 X²t hằ thống truyãn thụng vụ tuyán chuyºn tiáp hai chiãu gồm mởt trÔm gốc
BS cú N0 anten, mởt bở chuyºn tiáp hai chiãu RS khuách đại và chuyºn tiáp AF
trang bị NR anten và K trÔm di động MS với MS thự k cú Nk anten (k = 1;:::;K).
 K
 P
Tờng số anten cừa BS và cĂc MS là NN = Nk. CĂc kảnh truyãn vụ tuyán được
 k=0
giÊ sỷ là block-fading và giÊ sỷ khụng cú đường truyãn trực tiáp giỳa BS và cĂc MS.
 NRìN0 NRìNN
H0 2 C là ma trên đỏp ựng kảnh cừa tuyán tứ BS đến RS. Hk 2 C ,
k 2 f1;:::;Kg biºu thị cĂc ma trên đỏp ựng kảnh tứ MS thự k đến RS. Với tuyán
 N ìN
tứ RS đến BS, G0 2 C R 0 là ma trên đỏp ựng kảnh cỏn với cĂc tuyán tứ MS thự
 NRìNN
k đến RS, ma trên đỏp ựng kảnh được biºu diạn bởi Gk 2 C , k 2 f1;:::;Kg.
 11
3.3.2 Thiát ká hai giai đoạn riảng biằt
Giai đoạn đa truy cêp
 Tẵn hiằu nhên được tÔi relay được biºu diạn như sau
 r = HPs + nr; (3.1)
trong đú, H = [H0; H1;:::; HK] là ma trên đỏp ựng kảnh, P = diagfP0; P1;:::; PKg
 T T T T
là ma trên tiãn m húa tÔi BS và K MS, s = [s0 ; s1 ;:::; sK] là ma trên tờ hủp tứ
 h (1) (K)i
cĂc vector thụng tin tứ BS và K MS, s0 = sB ::: sB , nr biºu thị vector AWGN cú
 H 2
kỳ vọng bơng 0 và ma trên hiằp phương sai E[nrnr ] = σr INR . Giao thoa đa truy cêp
- Multiple Access Interference (MAI) được hÔn chá tÔi BS và K MS như sau [102]:
 N ìN
P = VΦ; trong đú, V = [V0; V1;:::; VK], cĂc cởt cừa Vk 2 C k k ; k = 0;:::;K là
 N ìN
cĂc vector riảng bản phÊi cừa Hk. Φ = diag fΦ0; Φ1;:::; ΦKg, Φk 2 C k k cú thº
được chọn bĐt kỳ miạn thoÊ mÂn ràng buởc cụng suĐt. Trong chương này, Φk được
chọn để tối đa húa dung lưủng mÔng. MAI cú thº được loÔi bỏ bơng cĂch chọn ma
trên hêu xỷ lý T [102]:
  −1
 T = (HP)H (HP) (HP)H : (3.2)
Giai đoạn quÊng bĂ
 Gọi W là ma trên tiãn m húa tÔi relay. Tẵn hiằu nhên được tÔi cĂc node cú
thº được viát như sau:
 y = GW(s + Tnr) + n (3.3)
 T T T T
trong đú, y = [y1 ;:::; yK; yBS] , G = [G1;:::; GK; G0], W = [W1;:::; WK; W0] và
 T T T T
n = [n1 ;:::; nK; nBS] .
Tiãn m húa tÔi relay
 Ma trên tiãn m húa tÔi relay được thiát ká để thỏa mÂn điều kiằn zero-
 0 0
forcing: GkWk0 = 0 for all k 6= k and 1 ≤ k; k ≤ 0: Định nghĩa ma trên G~ k =
 T
h T T T T T i
 G1 ; ããã ; Gk−1; Gk+1; ããã ; GK; G0 ; trong đú, k = 1; :::; K; 0. Ma trên tiãn
m húa cú dÔng:
 W = BΨ; (3.4)
 h i ~ ~
trong đú B = V~ 1nV˘ 1s ::: V~ KnV˘ Ks V~ 0nV˘ 0s , Vkn gồm NR−rank(Hk) vector riảng
cuối cừa G~ k, V˘ ks gồm cĂc vector riảng cừa GkV~ kn khĂc 0 và Ψ = diag fΨ1;:::; ΨK; Ψ0g
cú thº được chọn bĐt kỳ miạn thỏa mÂn ràng buởc cụng suĐt.
Xỷ lý tẵn hiằu tÔi BS và MSs
 Trong giai đoạn quÊng bĂ BC, tẵn hiằu mong muốn cú thº được khụi phục
tÔi BS và K MS bơng cĂch nhƠn với ma trên T˘ 2 CLkìNk để loÔi bỏ Multi-User
Interference (MUI) [102]:
  H 
−1 H
 T˘ = (GkWk) (GkWk) (GkWk) : (3.5)
 12
Kát quÊ mụ phỏng và thÊo luên
 Mean Sum Rate vs SNR
 100 100
 a: DPC 5users a: DPC 5 users ì 2 antennas
 90 90
 b: BD+WF 5 users b: ZF+WF 5 users ì 2 antennas
 c: BD 5 users
 80 80 c: ZF 5 users ì 2 antennas
 d: BD+WF 3 users d: ZF+WF 3 users ì 2 antennas
 70 e: BD 3 users 70 e: ZF 3 users ì 2 antennas
 f: ZF 5 single antenna users [103] f: ZF 5 users ì 1 antennas [103]
 60 60
 g: Channel Inversion 5 users [32] g: CI 5 users ì 2 antennas [32]
 50 50
 40 40
 Sum Rate (bps/Hz)
 30 Sum Rate (bps/Hz) 30
 20 20
 10 10
 0 0
 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
 SNR (dB) SNR (dB)
 Hẳnh 3.1: Tốc độ tờng đường lản Hẳnh 3.2: Tốc độ tờng đường xuống
 Hẳnh 3.1 biºu diạn tốc độ tờng đường lản cừa hằ thống thụng tin đa chặng đa
người dựng. Trong hẳnh, 'WF' biºu thị Ăp dụng kỹ thuêt 'water-filling'. Để so sĂnh
thảm, hẳnh v³ này cỏn biºu diạn phương phĂp nghịch đảo kảnh - Channel Inversion
(CI) trong [32] cho hằ thống 5 thiát bị người dựng đơn anten qua đường g. Trong
hằ thống đa người dựng thẳ đĂp ựng kảnh truyãn tờng hủp là tờ hủp tuyán tẵnh giỳa
cĂc ma trên kảnh cho tĐt cÊ cĂc người dựng với số anten phĂt và thu nản ma trên
giÊ đảo s³ khụng khỷ hát cĂc giao thoa giỳa cĂc người dựng và giỳa cĂc anten được.
Kát quÊ tương tự đưủc biºu diạn trong Hẳnh 3.2 với tốc độ tờng đường xuống cừa
hằ thống theo số lượng người dựng và số anten khĂc nhau.
3.3.3 Thiát ká end-to-end
Giai đoạn đa truy cêp
 Thực hiằn Singular Value Decomposition (SVD) cừa ma trên kảnh đường lản
và chọn A = V Σ1=2, Σ = diagfa ; : : : ; a g, tẵn hiằu thu nhên tÔi RS được
 k Hk Ak Ak k;1 k;Nk
 1=2 1=2
biºu diạn: r = UH ΣH ΣA s+nR; với Ak là ma trên tiãn m húa tÔi BS hoặc MS thự
k, nR biºu diạn vector nhiạu trưng cởng Gaussian kẵch thước NR ì1 cú kỳ vọng bơng
khụng và ma trên hiằp phương sai là E[n nH ] = σ2 I , U = [UT ;:::; UT ]T ,
 R R R NR H H0 HK
Σ1=2 = diagfΣ1=2;:::; Σ1=2 g, và Σ1=2 = diagfΣ1=2;:::; Σ1=2g. Hêu m húa s³ được
 H H0 HK A A0 AK
thực hiằn tÔi RS trước khi được tiãn m húa rồi chuyºn đi tiáp
 H 1=2 1=2
 ~r = UH r = ΣH ΣA s + ~nR; (3.6)
 H
với ~nR = UH nR.
Giai đoạn quÊng bĂ
 SVD ma trên kảnh đường xuống G = U Σ1=2VH , với U = [UT ;:::; UT ]T ,
 G G G G G0 GK
Σ1=2 = diag fΣ ;:::; Σ g ; Σ = diagfg ; : : : ; g g và V = [VT ;:::; VT ]T .
 G G0 GK Gk k;1 k;Nk G G0 GK
 T
 h i 1=2
Định nghĩa: G~ = GT ; ããã ; GT ; GT ; ããã ; GT ; GT ; trong đú B = W Σ ;,
 k 1 k−1 k+1 K 0 k Gk Bk
 13
 h i
 ~ ˘ ~ ˘ ~ ˘ ~
WGk = VG1n VG1s ::: VGKn VGKs VG0n VG0s , VGkn gồm NR − rank(Gk) vector
riảng bản phÊi cuối cựng cừa G~ , V˘ = VH V~ 
 là cĂc vector riảng cừa
 k Gks Gk Gkn
G V~ với cĂc giĂ trị riảng khĂc khụng và Σ1=2 = diagfb ; : : : ; b g cú thº là
 k Gkn Bk k;1 k;Nk
mởt ma trên tựy ý mà thỏa mÂn cĂc ràng buởc tờng cụng suĐt phĂt. Dỳ liằu
 H
nhên được dạ dàng được khụi phục bơng cĂch nhƠn với ma trên trọng số UG :
 H 1=2 1=2 1=2 1=2 1=2 1=2 H
^y = UG y = ΣG ΣB ΣH ΣA s + ΣG ΣB ~nR + ^n; với ^n = UG n.
PhƠn bố cụng suĐt đa người dựng
 Bài toĂn tối ưu húa tốc độ tờng cừa hằ thống:
  hk;iak;i   gk;idk;i 
 K Nk
 1 + 2 1 + 2
 X X σk σR
 maximize log2 ; (3.7)
  hk;iak;i gk;idk;i 
 k=0 i=1 1 + 2 + 2
 σk σR
 N K N
 Xk X Xk
 subject to : ak;i ≤ Pk; dk;i ≤ PR; (3.8)
 i=1 k=0 i=1
  2 

với dk;i = bk;i hk;iak;i + σR . Pk và PR là cĂc ràng buởc cụng suĐt tÔi node k và RS.
 K Nk   K Nk  
 P P hk;iak;i gk;idk;i P P hk;iak;i
Đặt: J0(ak;i; bk;i) = log2 1 + σ2 + σ2 ; J1(ak;i) = log2 1 + σ2
 k=0 i=1 k R k=0 i=1 k
 K Nk  
 P P gk;idk;i
và J2(ak;i; bk;i) = log2 1 + σ2
 k=0 i=1 R
GiÊi bài toĂn tối ưu húa sỷ dụng J0(ak;i; bk;i) và J1(ak;i)
 minimize −J1(ak;i) + J0(ak;i; bk;i); (3.9)
 N
 Xk
 subject to : ak;i ≤ Pk; (3.10)
 i=1
 GiÊi ra, ta được [86]:
 s
 2   2 +
 σk gk;idk;i gk;idk;i hk;i gk;idk;i
 ak;i = 2 + 4 2 2 àk − 2 − 2 ; (3.11)
 2hk;i σR σR σk σR
trong đú [x]+ = max(0; x), à = 1 được xĂc định bởi:
 k λk
 s
 K Nk 2   2 +
 X X σk gk;idk;i gk;idk;i hk;i gk;idk;i
 2 + 4 2 2 àk − 2 − 2 = Pk: (3.12)
 2hk;i σ σ σ σ
 k=0 i=1 R R k R
GiÊi bài toĂn tối ưu húa sỷ dụng J0(ak;i; bk;i) và J2(ak;i; bk;i)
 minimize −J2(ak;i; bk;i) + J0(ak;i; bk;i); (3.13)
 K N
 X Xk
 subject to : dk;i ≤ PR; (3.14)
 k=0 i=1
 14
GiÊi ra, ta được [86]:
 s
 2   2 +
 σR hk;iak;i hk;iak;i gk;i hk;iak;i
 dk;i = 2 + 4 2 2 ν − 2 − 2 ; (3.15)
 2gk;i σk σk σR σk
 + 1
trong đú [x] = max(0; x), ν = γ được xĂc định bởi
 s
 K Nk 2   2 +
 X X σR hk;iak;i hk;iak;i gk;i hk;iak;i
 2 + 4 2 2 ν − 2 − 2 = PR: (3.16)
 2gk;i σ σ σ σ
 k=0 i=1 k k R k
Kát quÊ mụ phỏng và thÊo luên
 180 35
 (4:16:32:4) ZF+PA proposed Proposed
 160 (4:16:32:4) ZF proposed [104]
 (4:8:16:2) ZF+PA proposed 30
 (4:16:32:4) ZF proposed [85]
 140 (4:4:8:1) ZF+PA proposed [105]
 (4:16:32:4) ZF proposed
 25 [103]
 120
 100
 20
 80
 15
 Sum Rate (bits/s/Hz) 60
 Sum Rate (bits/s/Hz)
 40
 10
 20
 5
 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
 SNR (dB) SNR (dB)
Hẳnh 3.3: Tốc độ tờng theo SNR tÔi cĂc Hẳnh 3.4: So sĂnh tốc độ tờng cĂc phương
node phĂp cĐu hẳnh (4:4:8:1)
 Hẳnh 3.3 biºu diạn phương phĂp đề xuĐt theo cĂc cĐu hẳnh hằ thống khĂc
nhau. Ró ràng, khi số anten tông, tốc độ tờng s³ tông và đương nhiản, khi thực
hiằn thảm phƠn bờ cụng suĐt, dung lượng s³ được cÊi thiằn, đặc biằt là ở vựng SNR
b². Hẳnh 3.4 biºu diạn tốc độ tờng theo SNR khi cĐu hẳnh anten cừa hằ thống là
(4:4:8:1). PR = P0 = Pk; k = 1;:::;K. Trong hẳnh, ta cú thº thĐy rơng giÊi phĂp đề
xuĐt cú tốc độ tờng cao hơn so với cĂc đề xuĐt trước [85], [103], [105] và đặc biằt
nh¿nh hơn mởt chỳt so với thuêt toĂn 7 trong [104].
3.4 Kát luên chương
 Như vêy, ngoài cĂc kỹ thuêt xỷ lý tẵn hiằu đa người dựng trong thụng tin di
động được trẳnh bày mởt cĂch tờng quan, trong chương này cũng đó đề xuĐt:
 - Phương phĂp tiãn m húa kát hủp phƠn bờ cụng suĐt và lêp lịch đa người
dựng để tối đa húa dung lượng cừa hằ thống thụng tin đa chặng đa người dựng sỷ
dụng bở chuyºn tiáp hai chiãu theo hai giai đoạn tĂch biằt [84], [85].
 - Phương phĂp tiãn m húa kát hủp phƠn bờ cụng suĐt để tối đa húa dung
lượng end-to-end cừa hằ thống thụng tin đa chặng đa người dựng sỷ dụng bở chuyºn
tiáp hai chiãu [86].
 15
 Chương 4: QuÊn lý giao thoa trong mÔng thụng tin di
 động đa tá bào
4.1 Giới thiằu chương
 Chương này têp trung đề xuĐt cĂc kỹ thuêt xỷ lý tẵn hiằu trong mÔng đa tá
bào để quÊn lý giao thoa với mục đớch tông tốc độ tờng cừa mÔng trong khi văn
đảm bÊo tẵnh thực tá (ràng buởc cụng suĐt phĂt cừa thiát bị) với điều kiằn thụng
tin trÔng thĂi kảnh - Channel State Information (CSI) hoàn hÊo lăn khụng hoàn
hÊo [109], [110], [111].
4.2 QuÊn lý giao thoa trong hằ thống đa tá bào - đa người dựng với
 điều kiằn CSI hoàn hÊo
4.2.1 QuÊn lý giao thoa đường lản
 X²t mởt mÔng thụng tin di động với C tá bào, tá bào c cú mởt trÔm gốc
(BSc) và Kc trÔm di động (MSc;k). BSc cú Nc;B anten và mội MS cú Nc;k anten. TÔi
 H
BSc, tẵn hiằu nhên được nhƠn với ma trên hêu m húa Wc;k cho MSc;k như sau
 Kc
 H H X
 ^yc;k = Wc;kHc;kvc;ksc;k + Wc;k Hc;jvc;jsc;j
 j=1;j6=k
 Kc0
 H X X H
 +Wc;k Hc0;k0 vc0;k0 sc0;k0 + Wc;knc; (4.1)
 c06=c k0=1
với sc;k: tẵn hiằu phĂt tứ MSc;k đến BSc, sc0;k0 : tẵn hiằu mong muốn nhên được tÔi
 Nc;B ìN
BSc0 tứ MSc0;k0 nhưng giao thoa sang BSc, Hc;k 2 C c;k : ma trên đỏp ựng kảnh
 Nc;B ìN 0 0
tứ MSc;k đến BSc và Hc0;k0 2 C c ;k : ma trên đỏp ựng kảnh tứ MSc0;k0 đến
 Nc;B ì1
BSc, vc;k và vc;k: vector tiãn m húa tÔi MSc;k và MSc0;k0 , và nc 2 C : AWGN
 2
CN (0; σc INc;B ).
Thiát ká ma trên hêu m húa
 GiÊ sỷ tĐt cÊ cĂc thiát bị đều cú CSI hoàn hÊo, ma trên tiãn m húa cú thº
được thiát ká để cho cĂc tẵn hiằu tứ cĂc thuả bao khĂc nhau trực giao nhau. Bài
toĂn thiát ká ma trên hêu m húa cú thº phĂt biºu như sau:
 2
 minimize Efjj^sc;k − sc;kjj g; (4.2)
 Wc;k
 subject to Wc;kHc;iHc;i = 0; i 6= k; i = 1;:::;Kc;
 0
 Wc;kHc0;jwc0;j = 0; c 6= c ; j = 1 :::;Kc0 ;
 0
 k = 1;:::;Kc; c; c = 1; : : : ; C; (4.3)
 0
với vc;k; vc0;k0 ; (k = 1;:::;Kc); (k = 1;:::;Kc0 ): cĂc ma trên tiãn m húa, ^sc;k: cĂc ký
tự khụi phục được tÔi MS k. Ma trên hêu m húa cừa MS k được định nghĩa như
 16
sau: Wc;k = Mc;kwc;k; trong đú, ma trên Mc;k là ma trên khụng gian con bự trực
giao cừa ma trên Hc;k và được xĂc định [115]:
 ~ ~ H ~ −1 ~ H
 Mc;k = I − Hc;k(Hc;kHc;k) Hc;k; (4.4)
 
 ~
với: Hc;k = G1;:::; Gc−1; Hc;1wc;1;:::; Hc;k−1wc;k−1; Hc;k+1wc;k+1;:::; Hc;Kc wc;Kc ;
 
  
Gc+1;:::; GC ; Gc = Hc;1wc;1;:::; Hc;Kc wc;Kc ; c = 1;:::;C. (4.2) cú thº viát lÔi
thành:
 H H 2
 minimize Efjjwc;kMc;kHc;kvc;ksc;k − sc;kjj g: (4.5)
 wc;k
 H
XƠy dựng hàm mục tiảu Lagrange, lĐy đạo hàm theo wc;k và cho bơng khụng, ta
nhên đưủc nghiằm tối ưu:
  H y
 wc;k = Mc;kHc;kvc;k ; (4.6)
với [:]y ký hiằu ph²p tẵnh giÊ đảo ma trên Moore-Penrose [115].
Thiát ká ma trên tiãn m húa tÔi cĂc MS
 CĂc ma trên tiãn m húa này được xĂc định dựa trản bài toĂn tối ưu:
 Kc  H 
 X  Hc;kQc;kFk 
 maximize log I + 2 
  σc 
 k=1
  

 subject to tr Qc;k ≤ Pc;kQc;k  0; k = 1;:::;Kc; c = 1; : : : ; C; (4.7)
 H Nc;kìNc;k
trong đú, Qc;k = vc;kvc;k, Qc;k 2 C , k = 1;:::;Kc, c = 1;:::;C, ký hiằu  ma
trên positive semidefinite.
 XƠy dựng hàm Lagrangian và giÊi cĂc điều kiằn KKT, ta được:
   +  + 
 1 1 1 1 H
 Qc;k = Υc;kdiag − ;:::; − Υc;k (4.8)
 γ c;k dc;k;1 γ c;k dc;k;Nc;k
với [x]+ = max (0; x).
 Mực water-filling à = 1 được xĂc định bởi ràng buởc cụng suĐt:
 c;k γc;k
 Nc;k +
 X  1 
 àc;k − = Pc;k: (4.9)
 dc;k;n
 n=1
Kát quÊ mụ phỏng
 P
 Ký hiằu (Nc;B : Kc ì Nc;k : Kc0 ì Nc0;k) được sỷ dụng để đặc trưng húa cĂc
 c06=c
cĐu hẳnh anten. Hẳnh 4.1 biºu diạn BER theo SNR trong hằ thống MIMO 2 tá bào.
Sơ đồ P-SVD [116], [117] khụng thº Ăp dụng được trong cĐu hẳnh này vẳ khụng đủ
số anten thu như theo yảu cƯu cừa kỹ thuêt tiãn m húa theo SVD. Trong khi đú,
sơ đồ đề xuĐt cho kát quÊ rĐt tốt trong toàn miãn SNR.
 17
 Hẳnh 4.2 biºu diạn dung lượng (tốc độ tờng) trong mởt tá bào theo SNR trong
hằ thống gồm 3 tá bào với Nc;k = 2; c = 1; 2; 3 trong hai trường hủp (10:7x2:2x2) và
(6:3x2:2x2). Như quan sĂt, ta thĐy rơng sơ đồ đề xuĐt cho dung lượng cao hơn so
với [116], [117] trong toàn miãn SNR và sự cĂch biằt càng lớn hơn khi số anten tông.
 140
 (10:7x2:2x2) P−SVD
 (10:4x2:2x2) P−SVD (10:7x2:2x2) Proposed
 −1
 10 (10:3x2:2x2) P−SVD 120 (6:3x2:2x2) Proposed
 (10:7x2:2x2) Proposed (6:3x2:2x2) P−SVD
 (10:4x2:2x2) Proposed
 (10:7x2:2x2) P−SVD
 (10:3x2:2x2) Proposed 100
 −2
 10 80
 BER (ral) 6