THÔNG TIN TÓM TẮT VỀ NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Tên luận án: Một số mô hình kênh không gian và tác động của tương quan không gian trong hệ thống MIMO-OFDMA
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông. Mã số: 62520208
Nghiên cứu sinh: Nguyễn Thu Nga
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Đức
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
TÓM TẮT KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Đóng góp 1: Luận án so sánh, đánh giá và đề xuất khả năng ứng dụng của mô hình kênh đo đạc SCM và mô hình kênh hình học Onering cho hệ thống thông tin di động.
Luận án so sánh hai phương pháp mô hình kênh đa anten phát và thu cho hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng MIMO: phương pháp mô hình kênh dựa trên đo đạc thực nghiệm mô hình kênh không gian SCM (Spatial Channel Modelling) và phương pháp mô hình kênh dựa trên đặc tính hình học tán xạ trên vòng tròn (Onering channel modelling).
Trong mô hình kênh SCM, các tham số về kênh truyền như đồ thị về hàm công suất trễ, các đặc tính tán xạ không gian được đo đạc trực tiếp, sau đó dựa vào các đặc tính phân bố xác suất của các góc hướng tới phía phát và phía thu để xây dựng các hàm tương quan.
Trong mô hình kênh hình học Onering: các tham số về kênh truyền như hàm công suất trễ cũng phải đo đạc, tuy nhiên đặc tính tán xạ không gian được giả định các điểm tán xạ nằm trên một đường tròn bán kính R xung quanh máy thu.
Các điều kiện đầu để so sánh hàm tương quan của hai mô hình kênh truyền:
– Hai mô hình kênh truyền đều sử dụng chung kết quả đo đạc về hàm công suất trễ của kênh, trải trễ lớn nhất và các thông số đầu vào.
– Các điều kiện đầu về hướng góc anten phát và thu so với phương chuyển động là giống nhau.
Kết quả so sánh của luận án:
Điểm giống nhau hai mô hình kênh:
Cả hai mô hình kênh đều cho kết quả hàm tương quan là giống nhau, nếu như các điều kiện đầu là giống nhau, cụ thể các tham số của hàm Onering được tính toán phù hợp với kết quả đo đạc ở mô hình SCM. Điều này chứng tỏ hai mô hình kênh đều có thể được ứng dụng thực tế.
Điểm khác nhau:
– Về khả năng ứng dụng:
Phương pháp mô hình kênh SCM được xây dựng trên kết quả đo đạc, do vậy việc ứng dụng phương pháp này là khả thi trong mọi điều kiện môi trường truyền dẫn thực tế. Vấn đề là ở chỗ công đo đạc, và cần nhiều hơn hai tham số tự do so với phương pháp Onering.
Phương pháp Onering không áp dụng được trong mọi môi trường truyền dẫn mà cần có điều kiện ràng buộc, cụ thể khoảng cách giữa MS và BS D phải lớn hơn rất nhiều bán kính vòng tròn R được tính toán dựa trên trải trễ lớn nhất của tín hiệu. Trong những điều kiện truyền dẫn như ở các điều kiện địa hình nông thôn, miền núi có trái trễ có thể rất lớn, dẫn đến điều kiện ràng buộc để xây dựng mô hình không phù hợp, do vậy mô hình hình tròn không thể biểu diễn được tất cả các đường tán xạ. Khi đó không thế áp được các điều kiện đầu cho hai mô hình kênh giống nhau, cũng như là không thể sử dụng mô hình Onering để thay thế mô hình kênh SCM.
Về độ tính toán phức tạp và độ chính xác của hai phương pháp
Phương pháp mô hình kênh SCM phức tạp và phải đo đạc bằng thực nghiệm các điểm tán xạ để mô hình kênh, cần nhiều hơn 2 tham số tự do. Trong khi đó mô hình kênh Onering chỉ cần đo đạc về hàm công suất trễ của kênh với các điểm tán xạ nằm trên vòng tròn là giả thuyết. Tuy nhiên Onering trong một số trường hợp thì không thực hiện được, vì việc giả thuyết các điểm tán xạ trên vòng tròn không mô tả hết được các điểm tán xạ thực tế. Các mô hình toán học và tính toán bằng mô hình vòng tròn là đơn giản hơn so với SCM.
Phương pháp Onering là sử dụng được và đáng tin khi các điều kiện đầu được xây dựng đúng như với phép đo thực tế, và các điều kiện giả thuyết về trễ truyền dẫn tôi đa là không quá lớn so với trễ truyền dẫn của đường truyền trực tiếp. Khi các điều kiện này không thỏa mãn thì việc sửdụng Onering là không phù hợp.
Với các điều kiện đầu giống nhau thì các hàm tương quan không gian bên phát và bên thu của
hai mô hình SCM và một vòng tròn tương đối giống nhau. Với mô hình Onering, với điều kiện là R, ta có thể bớt được hai tham số góc là bậc tự do, không phải thực hiện đo nhưng đối lại là hàm tương quan không còn chính xác trong một số điều kiện truyền dẫn và phải thay thế bởi mô hình hình học khác như mô hình hai vòng tròn hay mô hình ellipse. Với mô hình không gian SCM, do phải đo trên thực tế nên các hàm tương quan không gian có được là chính xác trong môi trường đã đo tuy nhiên mô hình lại không thế mở rộng cho tất cả các môi trường còn lại.
Các kết quả phân tích và so sánh hai loại mô hình này theo hiểu biết của NCS là chưa được thực hiện ở bất kỳ nghiên cứu nào trên thế giới. Các kết quả phân tích và so sánh này giúp các nhà khoa học lựa chọn phương pháp mô hình kênh phù hợp cho từng trường hợp môi trường truyền dẫn.
Kết luận 1: Các kết quả mô phỏng của hai mô hình có thể cho ta những bộ tham số tối ưu bên bên phía thiết bị di động MS và phía trạm gốc BS lần lượt như sau:
Kết luận 2: Khi so sánh với cùng điều kiện về kênh truyền, sự sắp xếp anten và so sánh tham số hệ thống thì đặc tính tương quan của hai mô hình là gần giống nhau, đặc biệt là trong trường hợp dàn hai anten trạm gốc là vuông góc đường nổi tâm hai hệ anten. Vì vậy trong trường hợp này thì luận án đề xuất sử dụng mô hình Onering vì tính chất đơn giản của nó. Trong trường hợp các anten bên phía trạm gốc dịch chuyến thì các hàm tương quan có sự dịch chuyển đồi với nhau, khi đó luận án đề xuất sử dụng mô hình SCM vì tính chất gần thực tế do sử dụng nhiều bộ tham số mô phóng.
Kết luận 3: Trong trường hợp hai mô hình có các điều kiện đầu vào khác nhau thì tương quan không gian hai mô hình sẽ khác nhau, việc chọn lựa các mô hình phù hợp sẽ theo các phân tích về ưu nhược điểm của từng mô hình. Trong trường hợp truyền tín hiệu thẳng LOS, lúc này đường truyền trực tiếp chiếm công suất lớn so với quỹ công suất chung, mô hình Onering phải chuyến sang mô hình hình học khác.
2. Đóng góp 2: Luận án đề xuất phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống thông qua kết quả khảo sát hàm tương quan, đề xuất các bộ tham số tối ưu về khoảng cách anten phát và thu để tối ưu chất lượng hệ thống
Các bài toán tối ưu hệ thống ở lớp vật lý và lớp MAC là rất phức tạp, thông thương không thế đưa ra lời giải tường minh bằng các phương pháp giải tích. Cách làm thông thường là mô phỏng tất cả các trường hợp để đưa ra sự đánh giá chính xác và đáng tin. Trong luận án đã chỉ rõ sự liên hệ về các đặc tính tương quan của kênh truyền với chất lượng hệ thống với một bên là các hàm toán học có thế mô hình được bằng giải tích và một bên là đại lượng phi tuyến không thế mô hình được. Đây là kết quả giúp các nhà thiết kế tiên lượng được chất lượng hệ thống.
Ta thấy rằng hiệu năng hệ thống được cải thiện khi tăng khoảng cách giữa các phần tử anten, đặc biệt là bên trạm phát. Từ các kết quả mô phỏng ta có thể nhận xét rằng, trong hệ thống MIMO có tương quan hiệu năng của mã SFBC tốt hơn mà STBC do SFBC tận dụng được đặc tính phân tập trên miền tần số. Vì vậy bằng việc điều chỉnh hệ số tương quan của hệ thống MIMO, cụ thể là sử dụng bộ tham số tương quan tối ưu () ta có thể lựa chọn SFBC là mã
ît bị chịu ảnh hưởng bởi tương quan không gian nhất trong các kỹ thuật mã hóa và xử lý tín hiệu trong hệ thống MIMO-OFDM.
3. Đóng góp 3: Luận án đánh giá về mối liên hệ giữa hàm tương quan không gian của kênh truyền đến chất lượng hệ thống ở lớp MAC
Các kết quả nghiên cứu trước đây ít đề cập đến môi liên hệ này, cụ thể nếu các đặc tính phân tập của kênh truyền trong môi trường người sử dụng được tận dụng, thì chính các đặc tính phân tập này sẽ làm cải thiện chất lượng hệ thống.
Khi tăng số người sử dụng đến giá trị nhất định trên các kênh có hệ số tương quan thấp thì hiệu năng hệ thống tăng dần. Đó là do hiệu quả của thuật toán cấp phát kênh. Khi tăng số lượng ký tự trong khung MAC thì hiệu năng hệ thống giảm đi trong cả hai mô hình kênh.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra với giả thiết không có sự can nhiễu ICI và MAI, chất lượng hệ thống được cải thiện khi số lượng người dùng tăng lên cho đến một giá trị bão hòa. Kết quả có được cũng là do sự phân tập kênh truyền được tận dụng hiệu quả thông qua thuật toán cấp phát kênh khi số lượng người dùng tăng lên.
4. Đóng góp 4: Luận án đề xuất sử dụng tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống đa người sử dụng MIMO-OFDMA trên các mô hình kênh tương quan không gian Bằng phân tích lý thuyết và mô phỏng trên các kênh tương quan được xây dựng ở chương 2 luận án, NCS đã chỉ rõ tổ hợp SFBC-MMSE có chất lượng tốt nhất cho hệ thống MIMOOFDMA. Các đánh giá về ảnh hưởng của tương quan không gian trong việc tăng số người sử dụng trong hệ thống cũng đã chỉ rõ: với các kênh tương quan cao thì việc tăng số người sử dụng lại làm giảm hiệu năng hệ thống. Điều này là ngược lại với các kênh ít tương quan: khi tăng số người dùng đến giới hạn nhất định thì hiệu năng hệ thống lại tăng do ưu điểm của thuật toán cấp phát kênh động. Mặt khác, các nhóm kết quả đạt được tỉ lệ lỗi kí tự thấp là của mô hình SCM, các trường hợp sửdụng mô hình một vòng tròn Onering có thế cho rằng đó là các kết quả xấu hơn. Tuy nhiên sự sai khác giữa các nhóm kết quả của hai mô hình này là rất nhỏ, do vậy ta có thế nói rằng mô hình Onering có thể thay thế cho mô hình SCM khi điều kiện ban đầu của hai mô hình là giống nhau.
