Tài liệu đánh giá các phương pháp ước lượng kênh truyền cho hệ thống thông tin hợp tác

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------- BK TP.HCM SVTH: ĐỖ KHÁNH THUYÊN ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HỢP TÁC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH TS. HỒ VĂN KHƯƠNG TP.HCM- 6/2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH TS. HỒ VĂN KHƯƠNG …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. LÊ TIẾN THƯỜNG …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 11 tháng 07 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. LÊ TIẾN THƯỜNG 2. TS. VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO 3. TS. HOÀNG TRANG 4. TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH 5. TS. TRƯƠNG QUANG VINH Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) Chủ tích Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐỖ KHÁNH THUYÊN .......................... MSHV: 11140062 Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1985 ......................................... Nơi sinh: Bến Tre ........... Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử .............................................. Mã số : 605270 ............. TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HỢP TÁC I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu các phương pháp ước lượng kênh truyền trong hệ thống thông tin hợp tác. - Mô phỏng hệ thống bằng Matlab. - Đánh giá ưu khuyết điểm của từng phương pháp. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 .................................................................... III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/06/2013 ................................................... IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. CHẾ VIẾT NHẬT ANH .......................................... TS. HỒ VĂN KHƯƠNG ................................................ Tp. HCM, ngày 25 tháng 6 năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN  Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử đã cung cấp kiến thức làm nền tảng giúp tôi có đủ khả năng hoàn thành luận văn này Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Hồ Văn Khương và TS. Chế Viết Nhật Anh đặc biệt là thầy Khương đã hết lòng hỗ trợ, hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn ba mẹ, những người đã nuôi nấng dạy dỗ con nên người. Cảm ơn những người thân trong gia đình cũng như bạn bè, đồng nghiệp luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu. Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013 Đỗ Khánh Thuyên i TÓM TẮT LUẬN VĂN Mạng vô tuyến chuyển tiếp đã được đề xuất như một công cụ mạnh mẽ để nâng cao hiệu suất của truyền thông tốc độ cao trên kênh truyền fading không dây. Một số tiêu chuẩn chuyển tiếp đã hoặc đang được quy định cho điện thoại di động hệ thống truyền thông băng thông rộng thế hệ tiếp theo. Hầu hết các nghiên cứu hiện tại về truyền thông hợp tác giả định thông tin trạng thái kênh (CSI) là hoàn hảo ở phía thu. Tuy nhiên, trong thực tế, các hệ số của kênh truyền fading cần phải được ước lượng trước tiên, sau đó mới có thể sử dụng trong quá trình tách sóng. Do đó luận văn này tập trung vào ước lượng kênh truyền trong mạng chuyển tiếp khuếch đại - chuyển tiếp (AF). Phân tích hiệu suất của các ước lượng được đánh giá dựa trên lỗi bình phương trung bình (MSE) và đồng thời xác định các điều kiện cần thiết để tăng độ chính xác ước lượng. ii ABSTRACT Wireless relay networks has been proposed as a powerful means to enhance the performance of high-rate communications over fading channels. Several relay standards have been or are being specified for next-generation mobile broadband communication systems. Most of the current researches on relay commnications assumes the availability of perfect channel state information (CSI) at the receivers. However, in practice, the fading channel coefficients need to be first estimated and then can be used in the detection process. Thus this thesis focuses on channel estimation for amplify-and-forward (AF) relay networks. The performance of the channel estimator are evaluated in terms of the mean squared error (MSE) metric. Also, we determine conditions required to increase estimation accuracy. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Hồ Văn Khương và TS. Chế Viết Nhật Anh, các kết quả trình bày là chính xác, trung thực. iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. ii ABSTRACT ................................................................................................................... iii LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv MỤC LỤC ....................................................................................................................... v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... ix CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin hợp tác ....................................................................... 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 2 1.3 Những đóng góp của đề tài ....................................................................................... 3 1.4 Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ..................................................... 4 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 4 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 4 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4 1.5 Bố cục của luận văn .................................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC TỔNG QUAN .................................................................... 6 2.1 Kênh truyền vô tuyến ................................................................................................ 6 2.1.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 6 2.1.2 Ảnh hưởng kênh truyền lên tín hiệu .................................................................... 7 2.1.3 Các thông số của kênh truyền đa đường ............................................................ 11 2.1.4 Phân loại kênh truyền ........................................................................................ 14 2.1.5 Phân bố Rayleigh và phân bố Rician ................................................................. 17 2.2 Kỹ thuật phân tập .................................................................................................... 18 2.2.1 Phân tập thời gian .............................................................................................. 19 v 2.2.2 Phân tập không gian........................................................................................... 19 2.2.3 Phân tập tần số ................................................................................................... 20 2.3 Ước lượng kênh truyền ........................................................................................... 21 2.3.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 21 2.3.2 Các bộ ước lượng kênh truyền ........................................................................... 22 2.3.3 Các phương pháp ước lượng kênh truyền.......................................................... 23 2.4 Mạng truyền thông hợp tác ..................................................................................... 24 2.4.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 24 2.4.2 Mạng chuyển tiếp .............................................................................................. 26 2.4.3 Ưu điểm của mạng hợp tác ................................................................................ 28 2.5 Kết luận chương ...................................................................................................... 28 CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TRONG MẠNG HỢP TÁC AF ....... 30 3.1 Khảo sát các công trình nghiên cứu ........................................................................ 30 3.2 Mô hình hệ thống .................................................................................................... 34 3.2.1 Mô hình kênh truyền tổng quát .......................................................................... 34 3.2.2 Ước lượng kênh sử dụng chuỗi huấn luyện ....................................................... 38 3.3 Ước lượng kênh truyền ........................................................................................... 39 3.3.1 Phương pháp LS ................................................................................................ 39 3.3.2 Phương pháp LS mở rộng SLS (Scaled LS) ...................................................... 43 3.3.3 Phương pháp MMSE ......................................................................................... 46 3.4 Kết luận chương ...................................................................................................... 51 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG......................................................................... 53 4.1 Ước lượng LS .......................................................................................................... 55 4.2 Ước lượng SLS........................................................................................................ 59 4.3 Ước lượng MMSE................................................................................................... 64 4.4 Đánh giá các phương pháp ước lượng .................................................................... 69 4.5 Kết luận chương ...................................................................................................... 73 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 75 vi 5.1 Kết luận ................................................................................................................... 75 5.2 Hướng phát triển ..................................................................................................... 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 77 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................... 80 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AF Amplify-and- Foward AWGN Additive White Gassian Noise AWGN Additive White Gaussian Noise BLUE Best Linear Unbiased Estimator CSI Channel State Information DF Decode-and-Forward LMMSE Linear Minimum Mean Square Error LOS Line of Sight LS Least Square MIMO Multiple Input Multiple Output MMSE Minimum Mean Square Error MSE Mean Square Error PDF Probability Density Function QOSTC Quasi-Othorgonal Space Time Code SLS Scale Least Square SNR Signal to Noise Ratio STBC Space Time Block Code STC Space Time Coding viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1: Phân loại kênh truyền fading diện hẹp ......................................................... 15 Bảng 4. 1: Thông số mô phỏng với phương pháp ước lượng SLS ................................ 59 Bảng 4. 2: Thông số mô phỏng ước lượng SLS với phân bố công suất khác nhau ....... 63 Bảng 4. 3: Thông số mô phỏng với phương pháp ước lượng MMSE ........................... 65 Bảng 4. 4: Thông số mô phỏng ước lượng MMSE với phân bố công suất khác nhau .. 68 Bảng 4. 5:Thông số mô phỏng các phương pháp ước lượng ......................................... 69 ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2. 1: Hiện tượng truyền sóng đa đường................................................................. 10 Hình 2. 2: Hiệu ứng Doppler.......................................................................................... 11 Hình 2. 3: Phổ Doppler .................................................................................................. 13 Hình 2. 4: Phân bố Rayleigh .......................................................................................... 17 Hình 2. 5: Phân bố Rician .............................................................................................. 18 Hình 2. 6: Quá trình ước lượng kênh truyền cơ bản ...................................................... 21 Hình 2. 7: Mô hình mạng hợp tác .................................................................................. 25 Hình 2. 8: Mô hình mạng chuyển tiếp điển hình ........................................................... 26 Hình 2. 9: Mô hình Giải mã – chuyển tiếp..................................................................... 27 Hình 2. 10: Mô hình Khuếch đại – chuyển tiếp ............................................................. 28 Hình 3. 1: Mô hình chuyển tiếp dùng N relay ............................................................... 32 Hình 3. 2: Pilot truyền thống và superimposed pilot ..................................................... 33 Hình 3. 3:Mô hình kênh truyền ...................................................................................... 35 Hình 4. 1: Ước lượng LS với M thay đổi ....................................................................... 56 Hình 4. 2: Ước lượng LS với M thay đổi ....................................................................... 57 Hình 4. 3: Ước lượng LS với M=N................................................................................ 57 Hình 4. 4: Ước lượng LS với huấn luyện tối ưu và huấn luyện ngẫu nhiên .................. 58 Hình 4. 5: Ước lượng kênh LS: phân bố công suất relay không cân bằng .................... 59 Hình 4. 6: Ước lượng SLS với M thay đổi .................................................................... 60 Hình 4. 7: Ước lượng SLS với N thay đổi ..................................................................... 61 Hình 4. 8: Ước lượng SLS với M=N ............................................................................. 61 Hình 4. 9: Ước lượng SLS với huấn luyện tối ưu và huấn luyện ngẫu nhiên ................ 62 Hình 4. 10: Ước lượng kênh SLS với phân bố công suất relay không cân bằng ........... 63 Hình 4. 11: So sánh ước lượng SLS và LS-SLS. ........................................................... 64 Hình 4. 12: Ước lượng MMSE với M thay đổi.............................................................. 65 Hình 4. 13: Ước lượng MMSE với N thay đổi. ............................................................. 66 Hình 4. 14: Ước lượng MMSE với M=N. ..................................................................... 66 Hình 4. 15: Ước lượng MMSE với huấn luyện tối ưu và huấn luyện ngẫu nhiên ......... 67 Hình 4. 16: Ước lượng kênh MMSE với phân bố công suất relay không cân bằng ...... 68 Hình 4. 17: So sánh các phương pháp ước lượng với M=N=2 ...................................... 70 Hình 4. 18: So sánh các phương pháp ước lượng với M=N=4 ...................................... 70 Hình 4. 19: So sánh các phương pháp ước lượng với M=N=8 ...................................... 71 x Hình 4. 20: So sánh các phương pháp ước lượng với M=2, N=4 .................................. 72 Hình 4. 21: So sánh các phương pháp ước lượng với M=2, N=8. ................................. 72 Hình 4. 22: So sánh các phương pháp ước lượng với M=4, N=8. ................................. 73 xi Chương 1: Mở đầu 1 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin hợp tác Sự bùng nổ nhu cầu thông tin vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến. trong đó phải kể đến công nghệ MIMO (Multiple Input Multiple Output). Nhìn chung, công nghệ MIMO nâng cao chất lượng tín hiệu nhận được và làm tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu kỹ thuật số để định hình và kết hợp các tín hiệu được truyền từ nhiều đường truyền vô tuyến được tạo ra bởi việc sử dụng nhiều ăngten thu và ăngten phát Tuy nhiên, trên thực tế việc trang bị nhiều ăngten trên thiết bị di động đầu cuối gặp nhiều khó khăn do giới hạn kích thước thiết bị. Để vượt qua khó khăn này, một mô hình mới được đưa ra đó là hệ thống thông tin hợp tác (cooperative communucations) Kỹ thuật truyền thông hợp tác cho phép các người dùng điện thoại di động lân cận với một ăngten đơn (còn gọi là các relay) chia sẻ anten của họ để truyền hợp tác, tương tự như trong một môi trường truyền đa anten ảo và kết hợp được những ưu điểm của kỹ thuật phân tập và kỹ thuật truyền chuyển tiếp. Kết quả là có thể đạt được phân tập không gian và cải thiện hiệu suất truyền tải của hệ thống truyền thông hợp tác, đạt được lợi thế tương tự như trong hệ thống MIMO mà không cần dùng thêm ăngten. Hơn nữa, với tính linh hoạt cao, truyền thông hợp tác có thể được tích hợp với các kỹ thuật khác mà không đánh mất ưu điểm của mình. Ví dụ: truyền thông hợp tác có thể kết hợp với kỹ thuật điều chế phân chia tần số trực giao (OFDM), sử dụng đầy đủ khả năng chống fading chọn lọc tần số, có thể kết hợp với mã hóa hoặc mô hình mã hóa không- thời gian đạt được độ lợi mã hóa, ... Do đó, thông tin hợp tác có giá trị đáng kể cho nghiên cứu và sẽ là một trong những chủ đề nóng có thể có tác động lớn đến sự HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương Chương 1: Mở đầu 2 phát triển của truyền thông không dây trong tương lai, đến kỹ thuật điều chế đa sóng mang và kỹ thuật đa anten. Truyền thông dựa trên mô hình các relay thường được chia làm hai giai đoạn. Giai đoạn I, nguồn phát quảng bá thông tin đến các relay. Trong giai đoạn II, các relay chọn hoạt động đơn giản là khuếch đại và truyền lại thông tin đến đích, hoặc giải mã thông tin sau đó mới truyền đi. Phương pháp đầu gọi là Khuếch đại – chuyển tiếp AF (amplify-and-forward), phương pháp sau gọi là Giải mã – chuyển tiếp DF (decode-andforward). Nhiều mô hình phân tập mạng hợp tác và các kỹ thuật mã hóa không - thời gian (STC: space time coding) đã được phát triển cho cả AF và DF. Trước khi hưởng được các lợi thế do mạng chuyển tiếp đem đến, đòi hỏi phải có thông tin chính xác về trạng thái kênh truyền CSI (channel state information) tại bộ thu (đối với AF) hoặc cả tại relay và bộ thu (đối với DF). Vì vậy đòi hỏi phải ước lượng kênh truyền trong thông tin hợp tác. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Trong bất cứ hệ thống thông tin vô tuyến nào, việc xác định được đặc tính kênh truyền là rất quan trọng. việc ước lượng kênh truyền chính xác sẽ giúp việc khôi phục thông tin ban đầu từ tín hiệu thu được đạt độ tin cậy cao, giảm tỷ lệ lỗi của hệ thống. Việc ước lượng kênh có thể sử dụng nhiều bộ ước lượng kênh truyền khác nhau: LS, MMSE, BLUE, LMMSE, Kalman, ... chọn lựa một bộ ước lượng phù hợp giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn. Đề tài này sẽ nghiên cứu về các phương pháp ước lượng kênh truyền trong hệ thống thông tin hợp tác như LS, MMSE, và phương pháp cải tiến của LS là SLS từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá đối với các phương pháp nghiên cứu về độ phức tạp của giải thuật, các đòi hỏi về thông tin thống kê kênh truyền,... song song với việc ước lượng kênh, đề HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương Chương 1: Mở đầu 3 tài còn thiết kế tối ưu cho cả chuỗi huấn luyện gửi từ nguồn và ma trận tuyến tính tiền mã hóa tại các relay. 1.3 Những đóng góp của đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu ba phương pháp ước lượng kênh trong hệ thống thông tin hợp tác khuếch đại và chuyển tiếp. Các bộ ước lượng dựa trên việc sử dụng chuỗi huấn luyện, trong đó cung cấp sự cân bằng khác nhau về chất lượng và kiến thức tiên nghiêm của thống kê bậc hai của kênh truyền. Trước hết, phương pháp truyền thống bình phương tối thiểu (LS) được xem xét, phương pháp này không yêu cầu bất kỳ kiến thức về thông số kênh. Sau đó, một phiên bản tinh tế của ước lượng LS được đề xuất (được gọi là bộ ước lượng LS tỷ lệ (SLS)). Ước tính SLS cung cấp một hiệu suất cải thiện đáng kể so với các phương pháp LS nhưng đòi hỏi vết (trace) của ma trận hiệp phương sai kênh truyền và công suất nhiễu nhiễu máy thu phải được biết. Cuối cùng, bộ ước lượng kênh lỗi trung bình bình phương tối thiểu (MMSE) được nghiên cứu. Kỹ thuật này cho kết quả tốt hơn cả bộ ước lượng LS và SLS, nhưng nó đòi hỏi phải có đầy đủ kiến thức tiên nghiệm của ma trận hiệp phương sai kênh và công suất nhiễu máy thu. Hệ thống thông tin hợp tác còn được kết hợp bộ mã không – thời gian để tận dụng khả năng phân tập của hệ thống relay, việc tối ưu chuỗi huấn luyện đối với từng phương pháp cũng được phân tích. Ngoài ra đề tài còn khảo sát các tham số khác ảnh hưởng đến chất lượng của việc ước lượng như: số lượng relay, phân bố công suất ở các relay, ma trận tiền mã hóa, ... đối với các phương pháp ước lượng nêu trên. HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương Chương 1: Mở đầu 4 1.4 Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu các kỹ thuật ước lượng trong mạng hợp tác gồm: LS, MMSE, SLS nhằm đánh giá ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng của từng kỹ thuật. Ngoài việc thiết lập các công thức tính toán lý thuyết cho từng phương pháp. 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là các phương pháp ước lượng kênh truyền trong thông tin hợp tác bao gồm:  Một thiết bị phát, M relay , một thiết bị thu tất cả đều trang bị ăngten đơn (single antenna).  Relay dùng kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF).  Kênh truyền giữa các thiết bị khảo sát là kênh truyền Rayleigh.  Thiết bị thu sử dụng các phương pháp ước lượng kênh truyền: LS, SLS, MMSE để ước lượng kênh truyền. 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của luận văn bao gồm việc nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình kết hợp với mô phỏng trên Matlab. Kết quả của lý thuyết và mô phỏng sẽ được so sánh với nhau nhằm đảm bảo tính chính xác, thực tế của đề tài. Bên cạnh đó, kết quả mô phỏng thể hiện trực quan hơn về các tham số ảnh hưởng đến chất lượng toàn hệ thống: số lượng relay, công suất phân bố trên các relay, ... 1.5 Bố cục của luận văn Bố cục luận văn chia là 5 chương: Chương 1 – Mở đầu: Giới thiệu sơ lược về hệ thống thông tin hợp tác. Nêu lên những đóng góp, mục tiêu và phương pháp nghiên cứu đề tài. HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương Chương 1: Mở đầu 5 Chương 2 – Kiến thức tổng quan: Trình bày những kiến thức tổng quan có liên quan đến quá trình nghiên cứu:  Kênh truyền vô tuyến và ảnh hưởng của kênh truyền lên hệ thống.  Các kỹ thuật phân tập trong vô tuyến.  Các kỹ thuật ước lượng kênh truyền.  Hệ thống thông tin hợp tác. Chương 3 – Ước lượng kênh truyền trong mạng hợp tác AF: trình bày các công thức lý thuyết của ước lượng kênh truyền sử dụng các phương pháp LS, MMSE, SLS kết hợp tối ưu chuỗi huấn luyện. Chương 4 - Kết quả mô phỏng: trình bày và đánh giá các kết quả mô phỏng trên matlab. Chương 5 – Kết luận và hướng phát triển: Nêu lên các kết quả đạt được của đề tài và hướng phát triển đề tài. HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương Chương 2: Kiến thức tổng quan 6 CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC TỔNG QUAN 2.1 Kênh truyền vô tuyến 2.1.1 Giới thiệu Khi nghiên cứu hệ thống thông tin, việc tạo ra mô hình kênh đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng hoạt động của hệ thống. Do bản chất thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian và không gian, kênh truyền ảnh hưởng to lớn đến hoạt động của toàn bộ hệ thống. Để hạn chế ảnh hưởng của kênh truyền và thiết kế thành công một hệ thống thông tin với các thông số tối ưu, ta phải nắm bắt được các đặc tính của kênh truyền vô tuyến cũng như mô hình hoá kênh truyền hợp lý. Khi truyền qua kênh vô tuyến di động, tín hiệu nhận được tại bộ thu yếu hơn nhiều so với tín hiệu tại bộ phát. Ngoài nguyên nhân gây bởi nhiễu nhiệt (được mô hình hóa bởi AWGN), còn phải xét đến những ảnh hưởng quan trọng của các đặc tính kênh truyền vô tuyến như:  Hiện tượng đa đường (multipath): là kết quả của sự phản xạ, tán xạ và khúc xạ của sóng điện từ phát khi gặp phải các vật cản tự nhiên hoặc nhân tạo. Do đó ở ăngten thu sẽ có sự tập hợp của các sóng đến từ nhiều hướng khác nhau với các thời gian trễ khác nhau, suy hao khác nhau và độ lệch pha khác nhau. Sự xếp chồng các tín hiệu này ở máy thu tạo ra một tín hiệu phức tạp với biên độ và pha thay đổi rất nhiều so với tín hiệu ban đầu.  Hiện tượng Doppler: gây ra bởi các đối tượng di chuyển trong kênh truyền vô tuyến. Sự thay đổi về pha và biên độ của các sóng tới do sự thay đổi vị trí của đối tượng dẫn đến hiện tượng đa đường biến đổi theo thời gian. Chỉ cần một sự di chuyển rất nhỏ (khoảng bằng độ dài bước sóng) là có thể tạo ra một tín hiệu HVTH: Đỗ Khánh Thuyên GVHD: TS. Chế Viết Nhật Anh TS. Hồ Văn Khương