Giải thuật và chương trình mô phỏng MIMO-VBLAST

Chương 4: GIẢI THUẬT VÀ MÔ PHỎNG TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MIMO-VBLAST 4.1. MỞ ĐẦU Chương này đề tài sẽ trình bày ngắn gọn: các quy tắc tách sóng ký hiệu cho các kênh MIMO như: MAP, ML; xét các máy thu dùng trong mô phỏng tách tín hiệu MIMO-VBLAST (máy thu ZF, máy thu MMSE; máy thu V-BLAST). V-BLAST là sơ đồ tách ký hiệu đa lớp, nó tách lần lượt các ký hiệu phát từ các anten phát khác nhau theo trình tự dữ liệu độc lập. Cuối cùng đề tài trình bày giải thuật V-BLAST/MAP cho máy thu kênh MIMO. Đây la giải thuật kết hợp các tính năng của V-BLAST và các quy tắc của MAP, giải thuật sử dụng cấu trúc phân lớp của V-BLAST nhưng đồng thời sử dụng chiến lược thứ tự xử lý kênh dựa trên quy tắc MAP, V-BLAST/MAP chỉ khác với V-BLAST ở chỗ thứ tự tách ký hiệu. Đề tài sẽ xây dựng mô hình, lưu đồ mô phỏng, chương trình mô phỏng: Ở dạng độc lập như: (i) giải thuật ZF; (ii) giải thuật LLSE; (iii) giải thuật V-BLAST; (iv) giải thuật MAP; (v) ML. Ở dạng kết hợp giữa chúng gồm: (1) giải thuật V-BLAST/ZF; (2) giải thuật V-BLAST/LLSE; (3) giải thuật V-BLAST/ZF/MAP; (4) V-BLAST/LLSE/MAP. Hiệu năng của các giải thuật được đánh giá qua các kết quả mô phỏng. 4.2. QUY TẮC TÁCH SÓNG KÝ HIỆU 4.2.1. Khái niệm chung Sơ đồ khối của một hệ thống BLAST điển hình được cho trên hình 4.1. Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống BLAST Tại phía phát có nt máy phát tương ứng với các anten. Luồng số liệu phát được phân thành nt luồng con, sau đó mỗi luồng con được chuyển đổi thành các ký hiệu tuỳ theo sơ đồ điều chế và được đưa đến máy phát tương ứng. Các máy phát từ 1 đến nt làm việc cùng tần số với tốc độ ký hiệu là 1/T ký hiệu/giây. Các máy phát sử dụng điều chế QAM. Tập hợp của nt ký hiệu được phát đồng thời tạo nên một vectơ nt phần tử: x=[x1, x2,…, xnt], trong đó nt là số anten, xj với j=[1,2,…, nt] là ký hiệu nhận được từ chùm ký hiệu M-QAM gồm tập M điểm tín hiệu. Truyền dẫn được thực hiên theo từng cụm L ký hiệu. Công suất phát của từng máy phát bằng (1/nt) của tổng công suất phát. Tại phía thu có nr anten thu cùng với máy thu tương ứng với số thứ tự anten thu i=[1,2,…,nr]. Để đơn giản coi phađinh là phađinh phẳng và ma trận kênh H kích cỡ nt´nr, trong đó hi,j là hàm truyền đạt kênh (đáp ứng xung kim kênh) phức từ anten phát j đến anten thu i và nt£nr. Giả thiết rằng kênh hầu như ổn định trong thời gian phát L ký hiệu của mỗi cụm và kênh được đánh giá chính xác tại phía thu (nhờ chuỗi hoa tiêu được phát trong mỗi cụm).Vì thế ta sẽ coi ước tính hàm truyền đạt của kênh chính băng ma trận H của kênh. Một nét đặc biệt của BLAST là nó không thể hiện tường minh sự trực giao của các tín hiệu phát nhận được từ cấu trúc phát. Mà thay vào đó nó khai thác sự truyền sóng đa đường để đạt được giải tương quan cần thiết cho việc phân tách các tín hiệu cùng tần số. V-BLAST sử dụng các kỹ thuật tách sóng cũ và mới để tách các tín hiệu một cách hiệu quả để đạt được hiệu suất sử dụng băng thông cao gần đến giới hạn Shannon hơn. Dưới đây ta sẽ xét các quy tắc tách sóng chung nhất. Khác với các sơ đồ ghép kênh trong đa truy nhập FDMA, TDMA và CDMA, BLAST chỉ sử dụng băng thông giống như QAM để truyền đồng thời nhiều ký hiệu, vì thế nó sẽ cho hiệu suất sử dụng băng thông cao hơn các sơ đồ đa truy nhập. Nếu ký hiệu x = [x1, x2,…, xnt]T là vectơ đầu vào, y = [y1, y2,…, ynr] T là vectơ đầu đầu ra của kênh MIMO, thì quan hệ vào/ra là: y=Hx+h (4.1) trong đó: H là ma trận kênh kích cỡ nt´nr thể hiện các ảnh hưởng tán xạ của kênh; T là vectơ tạp âm AWGN có phân bố N(0,N0). Các phần tử của ma trận H là các biến ngẫu nhiên phức độc lập hi,j có phân bố Gauss Nc(0,1). H và h độc lập với nhau và độc lập với x. Ta giả thiết rằng, máy thu biết rõ về thực hiện kênh H, máy phát không có thông tin trạng thái kênh CSI. Tách sóng ký hiệu sẽ thực hiện ước tính vectơ ký hiệu đầu vào x của kênh MIMO khi đã thu được vectơ đầu ra kênh y với giả thiết máy thu đã biết vectơ kênh H. Quyết định được thực hiện trên từng ký hiệu mà không xét đến sự phụ thuộc thống kê trong chuỗi các vectơ x (xem hình 4.2). Nói cách khác, chỉ xét điều chế/giải điều chề và bỏ qua mã hóa theo thời gian. Mục đích của tách sóng là giảm thiểu xác suất lỗi quyết định. (4.2) trong đó là ước tính x của bộ giải điều chế. Hình 4.2. Điều chế, truyền dẫn và quyết định trong hệ thống MIMO Đề tài xét bài toán tách sóng với các giả thiết về vectơ ký hiệu đầu vào x như sau: (i) Mỗi phần tử của vectơ x thuộc bảng chữ cái điều chế; ; i=1,2,…,nt; xÎ. Thông thường là một bảng chữ cái QAM, ví dụ trường hợp 4-QAM, thì ={±A ± jA}. (ii) Các ký hiệu trong có cùng xác suất. (iii) Vectơ x là một vectơ ngẫu nhiên trên sao cho (4.3) trong đó: r là hằng số; Int là ma trận đơn vị kích thước ntxnt; E{.} là phép lấy kỳ vọng; và xh là chuyển vị Hermitian của x. Giả định giá trị r trong phương trình (4.3) có nghĩa là năng lượng thu trung bình trên một ký hiệu Es. Giả thiết (4.3) có nghĩa là các phần tử của x không tương quan với nhau và mỗi phần tử có năng lượng là: (4.4) cho thấy tổng năng lượng phát r trên một ký hiệu, được kết hợp trên toàn bộ các anten. Thông số r cũng có ý nghĩa là năng lượng thu trung bình trên ký hiệu Es tại mỗi anten thu, ta có thể tính năng lượng này tại anten thu i như sau: (4.5) Từ phương trình trên, năng lượng thu trung bình trên một bit được tính như sau (4.6) trong đó M là số trạng thái điều chế. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm được xác định như sau: (4.7) Hai tiêu chí cơ bản trong thiết kế cấu trúc máy thu cho hệ thống MIMO là hiệu năng lỗi và mức độ phức tạp. 4.2.2. Giải thuật xác suất hậu nghiệm cực đại MAP Quy tắc của giải thuật xác suất hậu nghiệm cực đại MAP (Maximum a posteriori probability) cho bài toán tách tín hiệu được định nghĩa như sau: (4.8) Giải thuật này cho phép giảm thiểu xác suất lỗi Pe 4.2.3. Giải thuật khả giống cực đại (ML: Maximum likelihood) Quyết định cho x' sao cho đối với mọi x"Î (4.9) trong đó (4.10) vì h có phân bố Nc(0,N0Inr). Vì vậy, quy tắc ML rút gọn thành: (4.11) Thực chất quy tắc ML tương đương quy tắc MAP nếu các ký hiệu nguồn x có xác suất phát như nhau (xác suất tiên nghiệm bằng nhau). Tuy MAP có hiệu năng lỗi tối ưu nhưng phức tạp hơn. 4.3. MÁY THU MIMO-VBLAST Máy thu tuyến tính là máy thu có ước tính ký hiệu được xác định bởi chuyển đổi vectơ thu y theo dạng sau: (4.12) trong đó W là ma trận phụ thuộc vào H và Q(.) là bộ lượng tử (hay còn gọi là bộ cắt lát). Nhiệm vụ của Q(.) là đặt đối số của nó đến điểm tín hiệu gần nhất trong (theo khoảng cách Ơclit). 4.3.1. Máy thu cưỡng bức không (ZF: zero forcing) Máy thu cưỡng bức không là một bộ tách sóng tuyến tính độ phức tạp thấp có đầu ra được xác định theo: (4.13) trong đó: (4.14) và H+ là giả đảo Moore-Pensore của H, đây là đảo tổng quát ngay cả khi hạng của H thiếu. 4.3.2. Máy thu LLSE hay MMSE Máy thu LLSE là một máy thu cho ra ước tính sau: (4.15) trong đó là ước tính tuyến tính được xác định bởi: (4.16) trong đó W được chọn để giảm thiểu Trong mô hình này, H và h có phân bố Gauss, ma trận ước tính LLSE được xác định bởi: (4.17) 4.3.3. Máy thu V-BLAST Giải thuật tách sóng V-BLAST (Vertical Bell-Labs Layered Space-Time: không gian thời gian phân lớp chiều đứng của phòng thí nghiệm Bell) là một thủ tục hồi quy để lấy ra các thành phần của vectơ phát x theo trình tự dựa trên các chỉ số (k1, k2,…., knt) tương ứng với các phần tử của x. Như vậy, (k1, k2,…., knt) là hoán vị của (1,2,…., nt). Trong V-BLAST, hoán vị này được thực hiện phụ thuộc vào H (với giả thiết rằng máy thu biết được nó) chứ không phụ thuộc vào y. Trong quá trình xét giải thuật tách sóng V-BLAST dưới đây cho một vectơ ký hiệu phát, ta coi định thời là lý tưởng, và lấy mẫu tại máy thu được đồng bộ trên từng ký hiệu. Nếu ký hiệu x = [x1, x2,…, xnt]T là vectơ đầu vào, y = [y1, y2,…, ynr] T là vectơ đầu đầu ra của kênh MIMO, thì quan hệ vào/ra là: y1=Hx+h (4.18) trong đó: H là ma trận kênh kích cỡ nt´nr thể hiện các ảnh hưởng tán xạ của kênh; T là vectơ tạp âm AWGN có phân bố N(0,N0). Các phần tử của ma trận H là các biến ngẫu nhiên phức độc lập hi,j có phân bố Gauss Nc(0,1). H và h độc lập với nhau và độc lập với x. Đặt tập theo trình tự là sự hoán vị các số nguyên 1,2,...,nt thỏa mãn trình tự tách các thành phần của vectơ phát x. Thuật toán tính toán các thống kê quyết định một cách tăng dần, sau đó xử lý ước tính (lượng tử hóa) các ký hiệu số liệu , nghĩa là được tính toán trước sau đó ...làm thế nào để xác định trình tự tách tối ưu Sopt. Quá trình tách sóng dùng xóa không (nulling) kết hợp tuyến tính và ước lược (cancellation) ký hiệu để tính toán lần lượt như sau: Xóa được thực hiện bằng cách trọng số hóa tuyến tính các tín hiệu thu sao cho thỏa mãn tiêu chuẩn hiệu năng như MMSE hoặc ZF...Với ZF, thực hiện xóa không ZF bằng cách chọn các vectơ trọng số Wi, i=1,2,...,nt sao cho: (4.19) trong đó: là cột thứ j của H. Vì vậy, thống kê quyết định cho luồng con thứ i là Giải pháp xóa không tuyến tính (linear nulling) này là khả thực, nhưng nếu dùng các kỹ thuật phi tuyến sẽ đạt được hiệu năng tốt hơn. Cụ thể là, khai thác đồng bộ định thời vốn có trong mô hình hệ thống và dùng ước lược ký hiệu (loại bỏ, lược bỏ ký hiệu) cũng như xóa tuyến tính để tách sóng. Bằng cách lược bỏ ký hiệu, ta loại bỏ nhiễu từ các thành phần của x đã được tách sóng ra khỏi vectơ tín hiệu thu tương ứng, kết quả ta được vectơ thu biến đổi cho lần tách sóng tiếp theo có ít nhiễu hơn. Khi thực hiện lược bỏ ký hiệu, trình tự tách các thành phần của x sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng của toàn bộ hệ thống. Vậy, làm thế nào xác định được trình tự tách tối ưu. Trước hết ta đề cập cho trường hợp tách sóng theo trình tự bất kỳ. Đặt tập theo trình tự là sự hoán vị các số nguyên 1,2,...,nt thỏa mãn trình tự tách các thành phần của vectơ phát x. Quá trình tách sóng dùng xóa không (Nulling) kết hợp tuyến tính và ước lược (Cancellation) ký hiệu để tính toán lần lượt như sau: Bước 1: Dùng vectơ rỗng , tạo thành kết hợp tuyến tính của các thành phần của y1 để được : (4.20) Bước 2: Lượng tử hóa để được (4.21) trong đó: Q(.) là phép lượng tử hóa (cắt lát) phù hợp với điểm tín hiệu QAM. Bước 3: Nếu thì loại bỏ ra khỏi vectơ thu y1, dẫn đến được vectơ thu biến đổi y2 sau: (4.22) trong đó: là cột thứ k1 của H; Các bước từ 1 đến 3 được thực hiện cho các thành phần bằng cách thực hiện lần lượt cho các vectơ thu biến đổi Tách sóng phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn tính các vectơ rỗng Wki, trường hợp phổ biến nhất là MMSE hoặc ZF. Vectơ rỗng ZF được định nghĩa là vectơ độ dài cực tiểu duy nhất thỏa mãn . Để tách sóng ta sử dụng kỹ thuật xóa về không kết hợp tuyến tính cho anten dàn tuyến tính. Trong kỹ thuật này mỗi luồng con được coi là luồng mong muốn còn các luồng khác được coi là các luồng gây nhiễu. Xóa về không được thực hiện bằng cách so sánh trọng số tuyến tính của các tín hiệu thu để thỏa mãn tiêu chuẩn hiệu năng như MMSE (Minimum mean squared error: sai số quân phương cực tiểu) hay ZF (Zero-forcing: xóa về không). 4.4. GIẢI THUẬT VÀ MÔ PHỎNG TÁCH TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG MIMO-VBLAST 4.4.1. Mô hình và kịch bản mô phỏng Hình 4.3. Mô hình mô phỏng hệ thống MIMO-VBLAST Các giả thiết đối tín hiệu đầu vào được giả định theo phần 4.2.1; các tham số đầu vào mô phỏng được ghi trên các lưu đồ giải thuật. 4.4.2. Giải thuật và mô phỏng tách sóng V-BLAST/ZF Trên cơ sở máy thu ZF được xét ở phần 4.3.1, để xây dựng chương trình và mô phỏng hiệu năng xác suất lỗi cho máy thu này, ta xây dựng giải thuật chi tiết được cho ở hình 4.4 dưới đây: Hình 4.4.Lưu đồ thực hiện giải thuật tách sóng ZF Hiệu năng chất lượng của máy thu ZF được cho ở hình 4.5 cho thấy kết quả mô phỏng khi (nt,nr)=(8,12) dùng điều chế 16-QAM, hoặc 4-QAM. Eb/N0 được xác định theo (4.7) trên dải từ -10 dB đến 5 dB. Tỉ số lỗi ký hiệu SER được tính toán bằng cách thực hiện mô phỏng 10.000 lần tại mỗi giá trị của Eb/N0. Thực hiện mới (chớp ảnh) kênh H được chọn trong mỗi vòng lặp và cho mỗi giá trị Eb/N0. Hình 4.5 (a): Tỉ số lỗi ký hiệu SER của các máy thu: ZF; LLSE; V-BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô phỏng cho (nt,nr)=(8,12) và điều chế 16-QAM. Hình 4.5 (b): Tỉ số lỗi ký hiệu SER của các máy thu: ZF; LLSE; V-BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô phỏng cho (nt,nr)=(8,12) và điều chế 4-QAM. Hình 4.5 c: Tỉ số lỗi ký hiệu SER của các máy thu: ZF; LLSE; V-BLAST/ZF; và V-BLAST/LLSE. Mô phỏng cho (nt,nr)=(2,4) và điều chế 16-QAM. Giải thuật tách V-BLAST/ZF là biến thể của V-BLAST được rút ra từ quy tắc ZF. Giải thuật tách sóng V-BLAST/ZF Khởi tạo: W1=H+ (4.23a) i=1 (4.23b) Hồi quy: (4.23c) (4.23d) (4.23e) (4.23f) (4.23g) i=i+1 (4.23h) trong đó: H+ là giả đảo Moore-Pensore của H; (Wi)j là hàng thứ j của Wi; Q(.) là một bộ lượng tử cho điểm tín hiệu gần nhất; là cột thứ ki của H; là ma trận nhận được bằng cách xóa về không các cột k1, k2,…,ki của H; và là giả đảo của . Lưu ý rằng, giả đảo mới này dựa vào phiên bản “rút gọn” của H, trong đó các cột k1,k2,..,ki được không hóa, bởi vì các cột này tương ứng với các thành phần của x đã được ước tính và lược bỏ khi này . Trong giải thuật trên, (4.23c) xác định thứ tự của kênh sẽ được tách sóng Sopt. Mọi phần tử của x đều được giả định là sử dụng cùng kiểu điều chế, vì vậy zki có SNR sau tách sóng nhỏ nhất sẽ trội lên trong hiệu năng lỗi của quá trình tách sóng. Cần đặc biệt lưu ý khi xử lý phi tuyến là: do lược bỏ ký hiệu, nên SNR sau tách sóng phụ thuộc vào thứ tự tính toán các con số thống kê. Từ phương trình (4.23c) cho thấy tại mỗi vòng lặp (tại mỗi tầng) chọn tối ưu thành phần có SNR tốt nhất, dẫn đến kết quả đáng ngạc nhiên. Phương trình (4.23d) thực hiện xoá về không (tính toán vectơ rống ZF); phương trình (4.23e) tính toán thống kê quyết định, phân tích thống kê được tính toán và đưa ra quyết định; phương trình (4.23f) lược bỏ thành phần đã được tách sóng ra khỏi vectơ thu; (4.23g) tính toán tính toán ma trận giả đảo mới cho vòng lặp tiếp theo. V-BLAST/ZF được coi là sơ đồ loại bỏ nhiễu dần dần được rút ra từ sơ đồ đã xét ở trên. Quy tắc ZF tạo lập một tập kênh con như trong phương trình (4.14). Kênh con thứ j này có phương sai tạp âm . Quy tắc chọn thứ tự sẽ ưu tiên kênh con có phương sai tạp âm nhỏ nhất. Hình 4.6. Lưu đồ thực hiện giải thuật tách sóng V-BLAST/ZF tổng thể Hình 4.5 cho thấy kết quả mô phỏng khi (nt,nr)=(8,12) dùng điều chế 16-QAM hoặc 4-QAM đối với máy thu V-BLAST/ZF. Eb/N0 được xác định theo (4.7) trong khoảng từ -10 dB đến 5dB. Tỉ số lỗi ký hiệu SER được tính toán bằng cách thực hiện mô phỏng 10.000 lần tại mỗi giá trị của Eb/N0. Lấy mẫu kênh H tương ứng với mỗi giá trị Eb/N0 tại mỗi vòng lặp. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu năng lỗi của máy thu V-BLAST/ZF tốt hơn máy thu ZF và máy thu LLSE,. Các kết quả mô phỏng cho thấy V-BLAST/ZF cho kết quả tốt hơn nhiều so với các máy thu ZF và LLSE. 4.4.3. Giải thuật và mô phỏng tách sóng V-BLAST/LLSE Giải thuật LLSE: Trên cơ sở máy thu LLSE được xét ở phần 4.3.2, để xây dựng chương trình và mô phỏng hiệu năng xác suất lỗi cho máy thu này, ta xây dựng giải thuật chi tiết được cho ở hình 4.7 dưới đây: Hình 4.7. Lưu đồ thực hiện giải thuật LLSE Giải thuật tách sóng V-BLAST/LLSE: Giải thuật tách sóng V-BLAST/LLSE là một phương án của V-BLAST trong đó ma trận trọng số được chọn theo quy tắc LLSE. Giải thuật tách sóng V-BLAST/LLSE: Khởi tạo: (4.24a) i=1 (4.24b) Hồi quy: (4.24c) (4.24d) (4.24e) (4.24f) (4.24g) i=i+1 (4.24h) Hình 4.8. Lưu đồ thực hiện giải thuật V-BLAST/LLSE tổng thể Hình 4.5 cho thấy kết quả mô phỏng khi (nt,nr)=(8,12) dùng điều chế 16-QAM hoặc 4-QAM đối với các máy thu: ZF; LLSE; V-BLAST/ZF, V-BLAST/LLSE. Eb/N0 được định nghĩa theo (4.7) trong khoảng từ -10 dB đến 5dB. Tỉ số lỗi ký hiệu SER được tính toán bằng cách thực hiện mô phỏng 10.000 lần cho mỗi giá trị của Eb/N0. Lấy mẫu kênh H tương ứng với mỗi giá trị Eb/N0 tại mỗi vòng lặp. Kết quả mô phỏng cho thấy máy thu V-BLAST/LLSE cải thiện hiệu năng lỗi so với máy thu V-BLAST/ZF. 4.4.4. Giải thuật và mô phỏng tách sóng V-BLAST/ZF/MAP Giải thuật V-BLAST/ZF/MAP được trình bày như sau: Giải thuật tách sóng V-BLAST/ZF/MAP Khởi tạo: W1=H+ (4.25a) i=1 (4.25b) Hồi quy: (4.25c) (4.25d) (4.25e) (4.25f) (4.25g) (4.25h) (4.25i) i=i+1 (4.25j) trong đó: vectơ và vectơ là các vectơ tương ứng ở công thức (4.13) và (4.14) trong bộ tách sóng ZF. Trong (4.25e) fij là hàm mật độ xác suất được xác định như sau: (4.26) trong đó . Trong (4.25e) và (4.25f) chỉ số j là chỉ số của các phần tử {1,2,…,nt} ngoại trừ các phần tử trong {k1, k2,…,ki-1}, nghĩa là jÎ{1,2,…,nt}\{k1,k2,…, ki-1}. Giải thuật V-BLAST/ZF/MAP giống như giải thuật V-BLAST/ZF ngoại trừ việc sắp đặt thứ tự tách sóng ký hiệu. Thay vì việc chọn ký tự tiếp theo để tách sóng theo quy tắc (4.23c), giải thuật này sắp xếp thứ tự theo xác suất hậu nghiệm phát hiện đúng của chúng được đánh giá theo pij. Vì vậy, cần nhấn mạnh rằng các pij không thực sự là các xác suất MAP mà chỉ gần đúng với khả năng mà , trong đó xj là ký hiệu phát. Việc lấy gần đúng là do bỏ qua tương quan chéo giữa các thành phần tạp âm trên các kênh con. Lưu ý rằng, việc hoán vị chỉ số (k1,k2,...,knt) trong V-BLAST/ZF/MAP phụ thuộc vào cả H và y, không như V-BLAST/ZF chỉ phụ thuộc vào H. Mức độ phức tạp của giải thuật tăng do phải thực hiện tính toán ở phương trình (4.25e). Hình 4.10 cho thấy kết quả mô phỏng khi (nt,nr)=(8,12) dùng điều chế 16-QAM hoặc 4-QAM đối với máy thu V-BLAST/ZF. Eb/N0 được định nghĩa theo (4.7) trong khoảng từ -10 dB đến 5dB. Tỉ số lỗi ký hiệu SER được tính toán bằng cách thực hiện mô phỏng 10.000 lần cho mỗi giá trị của Eb/N0. Lấy mẫu kênh H tương ứng với mỗi giá trị Eb/N0 tại mỗi vòng lặp. Kết quả mô phỏng cho thấy máy thu V-BLAST/ZF/MAP có hiệu năng lỗi tốt hơn so với máy thu V-BLAST/ZF và V-BLAST/LLSE. Hình 4.9. Lưu đồ thực hiện giải thuật V-BLAST /ZF/MAP tổng thể Hình 4.10 a : So sánh tỉ số lỗi ký hiệu SER của các máy thu: V-BLAST/ZF/MAP; V-LAST/LLSE/MAP; V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE. Khi (nt,nr)= (8,12) và điều chế 16-QAM. Hình 4.10 b : So sánh tỉ số lỗi ký hiệu SER của các máy thu: V-BLAST/ZF/MAP; V-LAST/LLSE/MAP; V-BLAST/ZF; V-BLAST/LLSE. Khi (nt,nr)= (8,12) và điều chế 4-QAM. 4.4.5. Giải thuật và mô phỏng tách sóng V-BLAST/LLSE/MAP Trong phần này ta sẽ sử dụng kỹ thuật LLSE để tính toán ma trận trọng số, giải thuật tách sóng V-BLAST/LLSE/MAP được trình bày như sau. Giải thuật tách sóng V-BLAST/LLSE/MAP: Khởi tạo: (4.27a) i=1 (4.27b) Hồi quy: (4.27c) (4.27d) (4.27e) (4.27f) (4.27g) (4.27h) (4.27i) i=i+1 (4.27j) Hình 4.11. Lưu đồ thực hiện giải thuật V-BLAST/LLSE/MAP tổng thể Hình 4.10 cho thấy kết quả mô phỏng khi (nt,nr)=(8,12) dùng điều chế 16-QAM hoặc 4-QAM đối với máy thu V-BLAST/LLSE/MAP. Eb/N0 được xác định theo (4.7) trong khoảng từ -10 dB đến 5dB. Tỉ số lỗi ký hiệu SER được tính toán bằng cách thực hiện mô phỏng 10.000 lần cho mỗi giá trị của Eb/N0. Lấy mẫu kênh H tương ứng với mỗi giá trị Eb/N0 tại mỗi vòng lặp. 4.5. KẾT LUẬN: Chương này đề tài trình bày ngắn gọn: các quy tắc tách sóng ký hiệu cho các kênh MIMO như: MAP, ML; xét các máy thu dùng trong mô phỏng tách tín hiệu MIMO-VBLAST (máy thu ZF, máy thu MMSE; máy thu V-BLAST). Từ đó ta thấy V-BLAST là sơ đồ tách ký hiệu đa lớp, nó tách lần lượt các ký hiệu phát từ các anten phát khác nhau theo trình tự dữ liệu độc lập, khi kết hợp giữa V-BLAST và MAP (V-BLAST/MAP) là sự mở rộng của giải thuật V-BLAST, V-BLAST/MAP kết hợp các tính năng của MAP (the maximum a-posteriori) với các quy tắc của V-BLAST, V-BLAST/MAP chỉ khác với V-BLAST ở chỗ thứ tự tách ký hiệu. Để được tường minh đề tài đã xây dựng mô hình, lưu đồ mô phỏng, chương trình mô phỏng: Ở dạng độc lập như: (i) giải thuật ZF; (ii) giải thuật LLSE; (iii) giải thuật V-BLAST; (iv) giải thuật MAP; (v) ML. Ở dạng kết hợp giữa chúng gồm: (1) giải thuật V-BLAST/ZF; (2) giải thuật V-BLAST/LLSE; (3) giải thuật V-BLAST/ZF/MAP; (4) V-BLAST/LLSE/MAP. Từ các kết quả mô phỏng cho thấy khi kết hợp các giải thuật này, hiệu năng chất lượng SER của hệ thống được cải thiện đáng kể, đặc biệt là V-BLAST/MAP đạt được tỉ lệ lỗi ký hiệu SER gần với sơ đồ ML tối ưu trong khi đó vẫn duy trì mức độ phức tạp ngần như V-BLAST.