Nghiên cứu phát triển kỹ thuật mã hóa mạng lớp vật lý trong hệ thống chuyển tiếp vô tuyến hai chiều

BË GI•O DÖC V€

€O T„O

BË QUÈC PHÁNG

HÅC VI›N Kß THUŠT QU…N SÜ

NGUY™N HÚU MINH

NGHI–N CÙU PH•T TRIšN Kß THUŠT
M‚ HÂA M„NG LÎP VŠT LÞ TRONG H› THÈNG
CHUYšN TI˜P VÆ TUY˜N HAI CHI—U

LUŠN •N TI˜N Sž Kß THUŠT

H€ NËI - 2019


Bậ GIO DệC V

O TO

Bậ QUẩC PHNG

HC VIN Kò THUT QUN Sĩ

NGUYN HU MINH

NGHIN CU PHT TRIN Kò THUT
M HA MNG LẻP VT Lị TRONG H THẩNG

CHUYN TIP Vặ TUYN HAI CHIU

LUN N TIN S Kò THUT

Chuyản ng nh: Kò THUT IN T
MÂ số: 9 52 02 03

NGìI HìẻNG DN KHOA HC:
TS. PHM VN BIN
PGS.TS. TRN XUN NAM

H NậI - 2019


LI CAM

OAN

Tổi xin cam oan cĂc kát quÊ trẳnh b y trong Luên Ăn l cổng trẳnh
nghiản cựu cừa tổi dữợi sỹ dăn d-t cừa cĂc cĂn bở hữợng dăn. CĂc số liằu,
kát quÊ trẳnh b y trong Luên Ăn l ho n to n trung thỹc v chữa ữủc cổng bố
trong bĐt ký cổng trẳnh n o trữợc Ơy. CĂc kát quÊ sỷ dửng tham khÊo ãu Â
ữủc trẵch dăn Ưy ừ v theo úng quy nh.
H

Nởi, ng y 22 thĂng 3
nôm 2019
TĂc giÊ

Nguyạn Hỳu Minh

LI CM èN

Trong quĂ trẳnh nghiản cựu v ho n th nh Luên Ăn n y, Nghiản cựu sinh Â
nhên ữủc nhiãu sỹ giúp ù v õng gõp quỵ bĂu.
Ngữới Ưu tiản Nghiản cựu sinh xin b y tọ lỏng cÊm ỡn sƠu s-c l cĂc ThƯy
giĂo hữợng dăn TS. PhÔm Vôn Bin v PGS.TS. TrƯn XuƠn Nam. CĂc ThƯy
khổng ch l ngữới hữợng dăn, giúp ù Nghiản cựu sinh ho n th nh Luên Ăn n
y m cỏn l ngữới nh hữợng, truyãn thử ởng lỹc trản con ữớng nghiản cựu
khoa hồc chổng gai v nhiãu gian khờ.
Nghiản cựu sinh cụng chƠn th nh cĂm ỡn cĂc ThƯy giĂo trong Bở mổn
Thổng tin, Khoa Vổ tuyán iằn tỷ, Hồc viằn K thuêt QuƠn sỹ, nỡi Nghiản
cựu sinh l m viằc, Â tên tẳnh hữợng dăn ch bÊo trong thới gian Nghiản cựu
sinh nghiản cựu tÔi Ơy.
Nghiản cựu sinh chƠn th nh cĂm ỡn cĂc anh ch nhƠn viản k thuêt Bở
mổn Thổng tin, cĂc ỗng nghiằp v nhõm nghiản cựu  luổn giúp ù chia s
nhỳng khõ khôn trong quĂ trẳnh ho n th nh Luên Ăn n y.
Cuối cũng, Nghiản cựu sinh b y tọ lỏng biát ỡn án gia ẳnh v ngữới thƠn Â
luổn kp thới ởng viản v chia s nhỳng khõ khôn giúp Nghiản cựu sinh
ho n th nh nởi dung nghiản cựu cừa mẳnh.


MệC LệC

MệC LệC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DANH MệC CC Tỉ VIT TT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v DANH SCH
HNH V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii DANH SCH BNG .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x DANH MệC CC Kị HIU
TON

HC

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

xiii

Mé

U

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Chữỡng 1.
Kò THUT TRUYN DN Cè BN TRONG MNG CHUYN TIP Vặ TUYN
HAI CHIU . . . . . . . . . . 10
1.1. MÔng chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.1.1. KhĂi quĂt chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.1.2. ng dửng cừa chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu. . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Mởt số k thuêt truyãn dăn cỡ bÊn trong mÔng chuyn tiáp vổ
tuyán hai chiãu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.1. Chuyn tiáp hai chiãu truyãn thống .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2.2. Chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng k thuêt m hõa mÔng . . . . . . . 14
1.2.3. K thuêt m hõa mÔng kát hủp truyãn dăn MIMO cho mÔng chuyn tiáp
vổ tuyán hai chiãu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.4. K thuêt m hõa mÔng kát hủp iãu chá khổng gian cho mÔng chuyn tiáp
vổ tuyán hai chiãu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

i


ii

1.3. Bối cÊnh nghiản cựu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.3.1. CĂc nghiản cựu liản quan

án k thuêt PNC . . . . . . . . . . . . . . . .
29

1.3.2. CĂc nghiản cựu liản quan án k thuêt PNC kát hủp MIMO

34

1.3.3. CĂc nghiản cựu liản quan án k thuêt PNC kát hủp SM . . . .

36

1.4. Kát luên chữỡng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38 Chữỡng 2. M HA MNG LẻP VT Lị NH X PHI TUYN CHO MNG
CHUYN TIP HAI CHIU . . . . . . . . 39 2.1. MÂ hõa mÔng lợp vêt lỵ sỷ dửng
Ănh xÔ phi tuyán . . . . . . . . . . . . . 39 2.1.1. Tờng quan vã chuyn tiáp hai chiãu

sỷ dửng m hõa mÔng dỹa trản ữợc lữủng ML
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.1.2. ã xuĐt
phữỡng phĂp ữợc lữủng v Ănh xÔ m hõa mÔng . . 43

2.1.3. Kát quÊ mổ phọng v so sĂnh phâm chĐt . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46

2.2. Kát hủp m hõa mÔng lợp vêt lỵ Ănh xÔ phi tuyán vợi chuyn
tiáp hai chiãu MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.1. Mổ hẳnh chuyn tiáp hai chiãu
MIMO-STBC kát hủp PNC . . 50
2.2.2. CĐu hẳnh STBC kát hủp PNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
2.2.3. Phữỡng phĂp lỹa chồn nút chuyn tiáp dỹa trản cỹc tiu cổng suĐt nhiạu dữ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.2.4.
Nghiản cựu ở phực tÔp tẵnh toĂn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.2.5. Ănh giĂ phâm chĐt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61

2.3. Kát luên chữỡng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65


iii

Chữỡng 3. M HA MNG LẻP VT Lị NH X TUYN TNH CHO MNG
CHUYN TIP HAI CHIU . . . . . . . . . . 66 3.1. Mổ hẳnh hằ thống
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2. MÂ hõa mÔng lợp vêt lỵ kát hủp giỳa lữủng tỷ hõa kảnh v ữợc

lữủng dỹa trản loÔi bọ nhiạu SIC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.1.
QSIC-PNC cho nút chuyn tiáp ỡn ông-ten. . . . . . . . . . . . . . . . .
68

3.2.2. QSIC-PNC cho nút chuyn tiáp a ông-ten . . . . . . . . . . . . . . . . .
76

3.3. PhƠn tẵch Ênh hững cừa th nh phƯn nhiạu lx2 án quyát nh
tẵn hiằu (x1 + Lx2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 81 3.3.1. Trữớng hủp K = 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.3.2. Trữớng hủp K

2.........................................
82

3.4. Nghiản cựu ở phực tÔp tẵnh toĂn cừa ữợc lữủng . . . . . . . . . . . . . . .
83

3.5. Kát quÊ mổ phọng v phƠn tẵch phâm chĐt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

3.5.1. So sĂnh phâm chĐt SER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

3.5.2. So sĂnh thổng lữủng trong pha MA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

86

3.5.3. So sĂnh cĂc phữỡng phĂp Ănh xÔ khĂc nhau. . . . . . . . . . . . . . . . .
87

3.5.4. So sĂnh ở phực tÔp xỷ lỵ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88

3.6. Kát luên chữỡng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


89 Chữỡng 4. KT HẹP M HA MNG LẻP VT Lị NH X TUYN TNH VẻI I
U CH KHặNG GIAN CHO CHUYN TIP HAI CHIU
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.1. Tờng quan vã k
thuêt SM kát hủp PNC Ănh xÔ tuyán tẵnh dỹa trản ữợc lữủng ML cho chuyn tiáp
hai chiãu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90


iv

4.2. MÂ hõa mÔng dỹa v o ữợc lữủng ở phực tÔp thĐp tÔi nút chuyn
tiáp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.1. ã xuĐt phữỡng phĂp ữợc lữủng ở phực tÔp thĐp SM-QSIC
4.2.2. Thiát ká chỏm sao (x

(1)

+ Lx (2)) v h m quyát nh

95

99
^
Q( ) . .

4.3. Nghiản cựu ở phực tÔp tẵnh toĂn cừa ữợc lữủng . . . . . . . . . . . . .
4.3.1.
^
Q( )
Nghiản cựu ở phực tÔp cừa h m quyát inh Q( ) v
4.3.2. XĂc nh ở phực tÔp cừa cĂc phữỡng phĂp ữợc lữủng . . . .
4.4. Kát quÊ mổ phọng v phƠn tẵch phâm chĐt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

104
104
106
107

4.5. Kát luên chữỡng. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
KT LUN V HìẻNG NGHIN CU TìèNG LAI

....

113

PHệ LệC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

116

DANH MệC CC CặNG TRNH CặNG Bẩ . . . . . . . . .

121

TI LIU THAM KHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

123


DANH MệC CC Tỉ VIT TT

Tứ viát t-t
1G

Nghắa Tiáng Anh
the first Generation

Nghắa Tiáng Viằt
Thá hằ thự nhĐt

4G

the fourth Generation

Thá hằ thự tữ

5G

the fifth Generation

Thá hằ thự nôm

AWGN

Additive White Gaussian

TÔp Ơm tr-ng chuân cởng

Noise

tẵnh

AF

Amplify-and-Forward

Khuách Ôi v chuyn tiáp

ANC

Analog Network Coding

MÂ hõa mÔng tữỡng tỹ

BC

Broadcast

QuÊng bĂ

BER

Bit Error Rate

T lằ lội bẵt

BM

Beamforming

TÔo dÔng búp sõng

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khõa dch pha nh phƠn

BS

Base Station

TrÔm gốc

CQ

Channel Quantization

Lữủng tỷ hõa kảnh

CSI

Channel State Information

Thổng tin trÔng thĂi kảnh

DF

Decode-and-Forward

GiÊi m v chuyn tiáp

DNC

Digital Network Coding

MÂ hõa mÔng số

DNF

Denoise-and-Forward

HÔn chá tÔp Ơm v chuyn
tiáp

FD

Full Duplex

Song cổng ho n to n

FER

Frame Error Rate

T lằ lội khung

GSM

Generalized Spatial Modu-

iãu chá khổng gian tờng

lation

quĂt

v


vi

IAS

Inter Antenna Synchroniza-

ỗng bở giỳa cĂc ông-ten

tion
ICI

Inter Channel Interference

Nhiạu ỗng kảnh

IoT

Internet of Things

Kát nối vÔn vêt

MA

Multiple Access

a truy nhêp

IEEE

Institute of Electrical

and

Hiằp hởi cĂc kắ sữ iằn v

Electronic Engineers

iằn tỷ

LTE

Long Term Evolution

Tián hõa d i hÔn

MIMO

Multiple

a Ưu v o a Ưu ra

Input

Multiple

Output
ML

Maximum Likelihood

Hủp l cỹc Ôi

MMSE

Minimum Mean Square Er-

Sai số bẳnh phữỡng trung

ror

bẳnh cỹc tiu

MRC

Maximal Ratio Combining

Kát hủp t lằ cỹc Ôi

NC

Network Coding

MÂ hõa mÔng

OSTBC

Orthogonal

MÂ khối khổng gian thới

Space-Time

Block Code
PAM

gian trỹc giao

Pulse Amplitude

Modula-

iãu chá biản ở xung

Network

MÂ hõa mÔng lợp vêt lỵ

tion
PNC

Physical-layer
Coding

QAM

Quadrature

Amplitude

Modulation
QPSK

Quadrature

iãu chá biản ở cƯu
phữỡng

Phase

Shift

Khõa dch pha cƯu phữỡng

Keying
QSM
QOSTBC
R

Quadrature Spatial Modu-

iãu chá khổng gian cƯu

lation

phữỡng

Quasi-Orthogonal Space-

MÂ khối khổng gian thới

Time Block Code

gian cên trỹc giao

Relay

Chuyn tiáp


vii

SDM

Spatial Division Multiplex-

Ghp kảnh phƠn chia theo

ing

khổng gian

SER

Symbol Error Rate

T lằ lội kỵ hiằu

SIC

Successive

LoÔi bọ nhiạu nối tiáp

Interference

Cancellation
SIMO

Single Input Multiple Out-

ỡn Ưu v o - a Ưu ra

put
SINR

Signal to

Interference and

T lằ tẵn hiằu trản tÔp Ơm

Noise Ratio

v nhiạu

SM

Spatial Modulation

iãu chá khổng gian

SNR

Signal to Noise Ratio

T số tẵn hiằu trản tÔp Ơm

STBC

Space Time Block Code

MÂ khối khổng gian thới
gian

STC

Space Time Code

MÂ khổng gian thới gian

STTC

Space Time Trellis Code

MÂ lữợi khổng gian thới
gian

SVD

Singular Value Decomposi-

PhƠn giÊi giĂ tr singular

tion
TDD

Time Division Duplexing

Song cổng phƠn chia theo
thới gian

TS

Traditional Scheme

Sỡ ỗ truyãn thống

TWRN

Two Way Relay Network

MÔng chuyn tiáp hai chiãu

UE

User Equipment

Thiát b ngữới dũng

V-BLAST

Vertical-Bell Laboratories

TĂch sõng khổng gian - thới

Layered Space-Time

gian tuƯn tỹ theo lợp cừa
Phỏng thẵ nghiằm Bell

WiMAX

ZF

Worldwide

Interoperability

Chuân tữỡng tĂc mÔng diằn

for Microwave Access

rởng bơng sõng vổ tuyán

Zero Forcing

Cữùng bực khổng


DANH SCH HNH V

1.1 Mổ hẳnh tờng quan vã mÔng chuyn tiáp vổ tuyán [2]. . . . . . .
1.2 Sỡ ỗ chuyn tiáp hai chiãu khổng sỷ dửng m hõa mÔng. . . . .

10
12

1.3 Mổ tÊ k thuêt khuách Ôi v chuyn tiáp. . . . . . . . . . . . .

13

1.4 Mổ tÊ k thuêt giÊi m v chuyn tiáp. . . . . . . . . . . . . . .

14

1.5 Sỡ ỗ chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng 3 pha. . . . . . . . . . . . .

15

1.6 Sỡ ỗ chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng 2 pha. . . . . . . . . . . . .

16

1.7 Pha a truy nhêp cừa chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng STBC
kát hủp PNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

1.8 Pha quÊng bĂ cừa chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng STBC kát
hủp PNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

1.9 Chỏm sao khổng gian ba chiãu vợi 4 ông-ten phĂt v iãu chá
4-QAM [42]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

1.10 Pha a truy nhêp cừa chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng SM kát
hủp PNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

1.11 Pha quÊng bĂ cừa chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng SM kát hủp PNC.28
2.1 Mổ hẳnh mÔng chuyn tiáp hai chiãu. . . . . . . . . . . . . . . .

40

2.2 Chỏm sao A cừa tẵn hiằu x1 + Lx2 vợi L 2 f 1; jg. . . . . .

44

2.3 Chỏm sao cừa tẵn hiằu x1 + Lx2 v Lx2, vợi L 2 f 1 jg [67].
2.4 So sĂnh phâm chĐt SER tÔi nút chuyn tiáp cừa cĂc phữỡng
phĂp khĂc nhau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45
49

2.5 So sĂnh thổng lữủng tÔi nút chuyn tiáp cừa cĂc hằ thống khĂc
nhau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6 Mổ hẳnh chuyn tiáp hai chiãu kát hủp PNC v STBC. . . . . . .

viii

49
50


ix

2.7 So sĂnh phâm chĐt SER cừa cĂc ã xuĐt STBC-CQ-PNC so

vợi cĂc cĐu hẳnh liản quan án chuyn tiáp hai chiãu MIMO-STBC.62
2.8 So sĂnh phƯm chĐt SER cừa cĂc phữỡng phĂp ã xuĐt STBCCQ-PNC so vợi CQ-PNC trong [67]. . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.9
Phâm chĐt SER cừa cĐu hẳnh ã xuĐt STBC-CQ-PNC vợi lỹa
chồn nút chuyn tiáp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.10 Phâm
chĐt SER cừa cĐu hẳnh ã xuĐt STBC-CQ-PNC thẵch
nghi vợi lỹa chồn nút chuyn tiáp. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.1 Mổ hẳnh mÔng chuyn tiáp hai chiãu. . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Chỏm sao AL cừa tẵn hiằu (x1 + Lx2) vợi M = 4, L 2

67

f0; 1; j; 1 jg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 So sĂnh phâm chĐt SER trong trữớng hủp M = 4. . . . . . . . .
3.4 Thổng lữủng trong pha MA khi M = 4. . . . . . . . . . . . . . .

74
86
87

3.5 So sĂnh phâm chĐt cừa phữỡng phĂp ã xuĐt QSIC-PNC sỷ
dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh vợi phữỡng phĂp CQ-PNC sỷ dửng
Ănh xÔ phi tuyán [67] trong trữớng hủp iãu chá 4-QAM. . . . .

88

4.1 Mổ hẳnh hằ thống chuyn tiáp hai chiãu sỷ dửng SM kát hủp PNC. 91
4.2 ỗ th chỏm sao tẵn hiằu (x(1) + Lx(2)), vợi M = 4; L 2

f0; 1; j; 1 jg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 ỗ th chỏm sao tẵn hiằu (x(1) + Lx(2)), vợi M = 16; L 2

f0; 1; j; 1 jg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 ỗ th chỏm sao tẵn hiằu (x(1) + Lx(2)), vợi M = 64; L 2

f0; 1; j; 1 jg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

100
101
101

4.5 Vẵ dử minh hồa (wr(1b); wi(1b)) thuởc im C1( 1:5; 1; 5) v

(jwr(1b)j; jwi(1b)j) thuởc C2(1:5; 1; 5) trản chỏm sao x(1) + Lx(2)
vợi M = 16; L = 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6 XĂc suĐt im ữợc lữủng nơm bản phÊi v bản trĂi biản giợi hÔn.

102
105

4.7 So sĂnh phâm chĐt BER trong trữớng hủp hiằu quÊ sỷ dửng
phờ 4 bẵt/s/Hz, vợi N = 4; M = 4. . . . . . . . . . . . . . . . .

108


x

4.8 So s¡nh ph©m ch§t BER trong tr÷íng hñp hi»u qu£ sû döng
phê 5 b½t/s/Hz, vîi N = 8; M = 4. . . . . . . . . . . . . . . . .

109

4.9 So s¡nh ph©m ch§t BER trong tr÷íng hñp hi»u qu£ sû döng
phê 6 b½t/s/Hz, vîi N = 4; M = 16. . . . . . . . . . . . . . . .

109

4.10 So s¡nh ph©m ch§t BER ¦u cuèi ¸n ¦u cuèi trong tr÷íng
hñp hi»u qu£ sû döng phê 3 b½t/s/Hz, vîi N = 2; M = 4. . . . .

110

4.11 So s¡nh ph©m ch§t BER ¦u cuèi ¸n ¦u cuèi trong tr÷íng
hñp hi»u qu£ sû döng phê 6 b½t/s/Hz, vîi N = 4; M = 16. . . .

111


DANH SCH BNG

2.1 nh xÔ th nh tứ m xR tÔi nút chuyn tiáp khi L 2 f 1; jg .
2.2 nh xÔ th nh tứ m x tÔi nút chuyn tiáp khi L 2 f 1 jg [67]45

44

R

2.3 GiÊi Ănh xÔ tứ m x tÔi nút Ưu cuối T hoc T khi L 2 f 1 jg46
2
1
R

2.4 Thuêt toĂn ữợc lữủng v m hõa mÔng thẵch nghi EML-PNC . .
2.5 BÊng quy ữợc số lữủng php tẵnh cừa cĂc php toĂn theo ỡn
v [ op] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47
61

2.6 So sĂnh ở phực tÔp tẵnh toĂn cừa cĂc cĐu hẳnh khĂc nhau . . . 65
3.1 Thuêt toĂn xĂc

nh cĂc im thuởc gõc phƯn tữ thự nhĐt

AL 0 cừa chỏm sao tẵn hiằu (x1 + Lx2) . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Tờng số im cL 0 thuởc gõc phƯn tữ thự nhĐt AL 0 . . . . . . .
3.3 Thuêt toĂn thẵch nghi xĂc nh cĂc tham số sỷ dửng cho ữợc
lữủng khi K = 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74
75

76

3.4 Thuêt toĂn thẵch nghi xĂc nh cĂc tham số sỷ dửng cho ữợc
lữủng khi K 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Tờng số im cL 0 trong gõc phƯn tữ thự nhĐt AL 0 cừa chỏm
sao v số lữủng d [ op] yảu cƯu cho h m quyát nh Q( ) . . . .

78

84

3.6 So sĂnh hiằu quÊ xỷ lỵ tÔi nút chuyn tiáp theo ỡn v [flop/symbol]89
4.1 Thuêt toĂn xĂc nh cĂc tham số cho ữợc lữủng . . . . . . . . .
97
4.2 Têp hủp theo M cĂc giĂ tr cừa A phử thuởc v o L khi L 2

f0; 1; jg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Têp hủp theo M cĂc giĂ tr cừa A khi L 2 f 1 jg v miãn

102

ữợc lữủng nơm bản trĂi biản giợi hÔn . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Têp hủp theo M giĂ tr B cừa cĂc im nơm trản biản giợi hÔn .

103
104

4.5 GiĂ tr xĂc suĐt Pr(0)M , Pr( > 0)M phử thuởc v o M . .

105

xi


xii

4.6 Gi¡ trà cõa AM;L v BM theo M . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7

106

^

Têng hñp sè l÷ñng ph²p t½nh cõa h m Q( ) v Q( ) phö thuëc
v o M theo ìn và [ op] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8 So s¡nh hi»u qu£ ë phùc t¤p t½nh to¡n [flop/symbol] theo M
v N ................................

106
112


DANH MệC CC Kị HIU TON HC

Kỵ hiằu
Chỳ thữớng, in nghiảng

ị nghắa
Bián số

Vẵ dử

Chỳ thữớng, in nghiảng, êm

Vc-tỡ

s

Chỳ hoa, in ựng, êm

Ma trên

H

Efg

Php tẵnh ký vồng

E fxg

qr ( )

Php phƠn r ma trên

qr (H)

()

H = QR
Php lĐy liản hủp phực

H

()

Chuyn v liản hủp phực

kk

cừa vc tỡ hoc ma trên

Chuân Frobenius

jj

Php toĂn tẵnh mổ un
Php toĂn kát hủp cĂc tẵn

a mod b

hiằu
Php lĐy phƯn dữ cừa a/b

sign( )

Php lĐy dĐu cừa mởt số

round(x)

thỹc.
Php l m trỏn vã số

x

x

HH

sR = s1

s2

nguyản gƯn x nhĐt.

res( )

Php lĐy phƯn dữ cừa

round(x)

Cn
In

n

m

Ma trên kẵch thữợc n m
Ma trên ỡn v cõ kẵch
thữợc n n
xiii

x round(x)


Mé

U

Thổng tin vổ tuyán ng y nay ang phĂt trin vữủt bêc cÊ vã cổng nghằ v
k thuêt nhơm Ăp ựng nhu cƯu vã chĐt lữủng, tốc ở cụng nhữ a dÔng hõa

cĂc loÔi hẳnh dch vử cho ngữới sỷ dửng.
cừa

in hẳnh cho thĐy sỹ phĂt trin

thổng tin vổ tuyán chẵnh l thổng tin di ởng tá b o. XuĐt phĂt tứ thá hằ
Ưu tiản 1G v o nhỳng nôm 80 cừa thá k trữợc,
ởng tá b o

 phĂt trin lản

án nay mÔng thổng tin di

án thá hằ thự 4 (4G: the fourth Generation)

v chuân b cho ra ới thá hằ thự 5 (5G: the fifth Generation). Cổng nghằ
4G cho php thu/phĂt bông thổng rởng tốc ở cao, tốc ở truyãn dỳ liằu lản
án 100 Mb/s trong khi ngữới sỷ dửng di chuyn v 1 Gb/s khi ngữới sỷ dửng
cố nh. Cổng nghằ tiản phong trong lắnh vỹc 4G phÊi k án l hằ thống
phĂt trin d i hÔn (LTE: Long Term Evolution), hằ thống tữỡng tẵch to n cƯu
truy nhêp (WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access).
Cuởc cĂch mÔng cổng nghiằp 4.0 Â m ra mởt k nguyản mợi vã truyãn
thổng khổng dƠy nhơm hộ trủ trin khai v kát nối h ng loÔt cĂc thiát b (IoT:
Internet of Things). CĂc thiát b nhữ cÊm bián, iằn thoÔi thổng minh: : :

thữớng cõ kẵch thữợc nhọ gồn, dung lữủng iằn thĐp nản ch kát nối ữủc vợi
nhau trong phÔm vi ng-n. Do vêy, m rởng phÔm vi kát nối v nƠng cao
hiằu quÊ truyãn dăn cho mÔng vổ tuyán thá hằ mợi, gƯn Ơy cĂc vĐn ã liản
quan án mÔng chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu  nhên ữủc nhiãu sỹ quan
tƠm cừa cĂc nh nghiản cựu.

1


2

Trong cĂc nghiản cựu vã mÔng chuyn tiáp hai chiãu, viằc nghiản cựu xỷ
lỵ tÔi nút chuyn tiáp õng mởt vai trỏ quan trồng, giúp nƠng cao hiằu quÊ
truyãn dăn nhữ: cÊi thiằn tốc ở truyãn dăn, tốc ở xỷ lỵ cụng nhữ nƠng cao
phâm chĐt t lằ lội bẵt (BER: Bit Error Rate) v hiằu quÊ phờ : : : GƯn Ơy, cõ
nhiãu nghiản cựu ã xuĐt cĂc k thuêt Ăp dửng tÔi nút chuyn tiáp nhơm Ôt
hiằu quÊ truyãn dăn cao. Trong số cĂc nghiản cựu õ, k thuêt cốt lói
l m hõa mÔng lợp vêt lỵ (PNC: Physical-layer Network Coding). Nguyản
nhƠn l do k thuêt n y cho php giÊm thới gian truyãn dăn, giúp l m tông
thổng lữủng mÔng lản gĐp ổi so vợi chuyn tiáp truyãn thống khổng sỷ
dửng m hõa mÔng [30]. KhĂi quĂt cõ th phƠn loÔi k thuêt m hõa mÔng
lợp vêt lỵ th nh hai loÔi chẵnh bao gỗm: MÂ hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ phi
tuyán v m hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh [44,45].
MÂ hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ phi tuyán cho php giÊm thiu khÊ nông
gƠy lội cừa kảnh truyãn vổ tuyán, giúp nƠng cao chĐt lữủng truyãn dăn.

Tuy nhiản, do hẳnh dÔng chỏm sao tẵn hiằu trong pha quÊng bĂ bián
ời so vợi pha a truy nhêp nản phực tÔp cho xỷ lỵ tÔi mĂy thu. Ngo i ra,
tứ m chuyn tiáp chựa cÊ tẵn hiằu lăn thổng tin trÔng thĂi kảnh truyãn
(CSI: Channel State Information) nản ch phũ hủp truyãn dăn chuyn
tiáp trong mổi trữớng kảnh ối xựng.
MÂ hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh cõ phâm chĐt km hỡn so vợi
m hõa mÔng Ănh xÔ phi tuyán những phữỡng phĂp Ănh xÔ luổn Êm
bÊo giỳ nguyản hẳnh dÔng v kẵch thữợc cừa chỏm sao tẵn hiằu trong
quĂ trẳnh truyãn dăn, do õ dạ d ng ữợc lữủng tÔi cĂc nút Ưu cuối. cõ phâm

chĐt cao, k thuêt m hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh thữớng


3

dỹa trản phữỡng phĂp ữợc lữủng tẵn hiằu cõ ở phực tÔp cao nhữ hủp l
cỹc Ôi (ML: Maximum likelihood). Vẳ vêy, nghiản cựu k thuêt m hõa
mÔng dỹa trản phữỡng phĂp ữợc lữủng cõ ở phực tÔp thĐp những Ôt
ữủc phâm chĐt cao cõ ỵ nghắa quan trồng v thiát thỹc.
nƠng cao hỡn nỳa hiằu quÊ truyãn dăn, m hõa mÔng lợp vêt lỵ cõ th
kát hủp thảm cĂc k thuêt khĂc. Trong số õ, truyãn dăn a Ưu v o a Ưu ra
(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) l k thuêt ữủc biát án trong cĂc hằ
thống bao gỗm: ghp kảnh phƠn chia theo khổng gian (SDM: Spatial
Division Multiplexing) [1, 55], tÔo dÔng búp sõng (BM: Beamforming) [18,
29] hoc trong hằ thống phĂt m khổng gian thới gian (STC: Space Time
Code) [1, 3, 48]. Mửc ẵch SDM nhơm cÊi thiằn tốc ở truyãn dăn. BM hay
cỏn gồi l hằ thống tiãn m hõa (Pre-coding) giúp giÊm thiu nhiạu tĂc ởng
tÔi Ưu v o mĂy thu, cÊi thiằn t số tẵn hiằu trản tÔp Ơm v nhiạu (SINR:
Signal-to-Interference and Noise Ratio). Trong khi õ, sỷ dửng STC nhơm
Ôt ữủc phƠn têp phĂt. Trong số ba k thuêt vã MIMO, do k thuêt SDM sỷ
dửng nhiãu ông-ten phĂt nản cƯn yảu cƯu ỗng bở giỳa cĂc ông-ten (IAS:
Inter-Antenna Synchronization) phĂt, dăn án hằ thống s phực tÔp. Ngo i
ra, nhiạu ỗng kảnh (ICI: Inter-Channel Interference) tĂc ởng tÔi Ưu v o ôngten thu l m giÊm chĐt lữủng hằ thống cụng nhữ l m tông ở phực tÔp xỷ lỵ
tÔi nút chuyn tiáp. Vợi cĂc nhữủc im õ, k thuêt SDM ẵt ữủc quan tƠm
nghiản cựu trong mÔng chuyn tiáp hai chiãu. K thuêt tiãn m hõa giúp ỡn
giÊn cho xỷ lỵ tÔi nút chuyn tiáp những trÊ giĂ l mĂy phĂt yảu cƯu biát trữợc
thổng tin trÔng thĂi kảnh truyãn. Ngo i ra, quĂ trẳnh xỷ lỵ tÔi mĂy phĂt cừa
cĂc nút Ưu cuối tr nản phực tÔp khi cõ thảm cĂc bở

4

tiãn xỷ lỵ. Vẳ vêy, cụng nhữ SDM, k thuêt BM hay tiãn m hõa ẵt ữủc
quan tƠm trong mÔng chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu. Trong số cĂc k thuêt
phĂt m STC sỷ dửng cho chuyn tiáp hai chiãu, m khối khổng gian thới
gian (STBC: Space Time Block Code), tiảu biu l m Alamouti [3] nhên
ữủc nhiãu quan tƠm nghiản cựu. Nguyản nhƠn l do k thuêt n y Ôt ữủc bêc
phƠn têp to n phƯn, trong khi mĂy phĂt khổng cƯn biát CSI. Ngo i ra viằc xỷ
lỵ tẵn hiằu tÔi cĂc mĂy phĂt/thu cụng ỡn giÊn. Vẳ vêy, nghiản cựu k thuêt
STBC cho truyãn dăn chuyn tiáp hai chiãu s gõp phƯn mang lÔi hiằu quÊ
truyãn dăn cao. Tuy nhiản, do truyãn dăn STBC ch Ôt ữủc tông ẵch phƠn
têp m khổng Ôt ữủc tông ẵch ghp kảnh nản hÔn chá vã tốc ở truyãn dăn.
Mởt k thuêt mợi tiản tián ữủc nghiản cựu nhiãu gƯn Ơy l iãu chá khổng gian
(SM: Spatial Modulation) cho php nhên ữủc tông ẵch ghp kảnh [32].
Mc dũ SM cũng Ôt ữủc tông ẵch ghp kảnh m khổng cƯn biát thổng tin
trÔng thĂi kảnh truyãn tÔi mĂy phĂt nhữ k thuêt SDM, tuy nhiản k thuêt SM
cỏn cõ nhiãu ữu im nời bêt hỡn so vợi SDM nhữ: ch cƯn mởt bở cao tƯn
phĂt chung cho tĐt cÊ cĂc ông-ten. Do vêy, tÔi mội thới im ch mởt ông-ten
ữủc kẵch hoÔt nản khổng cƯn ỗng bở giỳa cĂc ông-ten cừa mĂy phĂt,
khổng xây ra hiằn tữủng nhiạu ICI tÔi mĂy thu, giÊm mực tiảu thử cổng
suĐt phĂt v giÊm giĂ th nh thiát b. Ngo i ra, viằc ữợc lữủng tẵn hiằu tÔi mĂy
thu cụng ỡn giÊn hỡn so vợi hằ thống SDM. Cõ th nõi, nghiản cựu k thuêt
SM trong truyãn dăn chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu cõ ỵ nghắa quan
trồng, gõp phƯn nƠng cao hiằu quÊ truyãn dăn.
Qua phƠn tẵch trản, nghiản cựu sinh nhên thĐy, viằc nghiản cựu k thuêt m
 hõa mÔng lợp vêt lỵ bao gỗm m hõa mÔng sỷ dửng Ănh xÔ phi tuyán v m hõa
mÔng sỷ dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh cõ vai trỏ hát sực quan trồng, giúp


5

nƠng cao hiằu quÊ truyãn dăn. Hỡn nỳa, nghiản cựu k thuêt m hõa mÔng
cho php Ôt phâm chĐt cao trong khi cõ ở phực tÔp xỷ lỵ thĐp l vĐn ã cốt
lói trong k thuêt truyãn dăn, gõp phƯn ỡn giÊn hõa quĂ trẳnh xỷ lỵ tÔi nút
chuyn tiáp, nhớ õ cÊi thiằn hiằu quÊ truyãn dăn. Ngo i ra, nghiản cựu kát
hủp giỳa k thuêt m hõa mÔng lợp vêt lỵ vợi cĂc k thuêt khĂc nhữ: truyãn
dăn MIMO-STBC hoc SM cụng l hữợng nghiản cựu Ưy trin vồng, gõp phƯn
nƠng cao phâm chĐt hằ thống cụng nhữ cÊi thiằn hiằu quÊ sỷ dửng phờ
trong iãu kiằn phờ tƯn số cĐp phĂt hÔn chá. Chẵnh vẳ vêy, nghiản cựu sinh
 lỹa chồn v thỹc hiằn ã t i Nghiản cựu phĂt trin k thuêt m hõa mÔng lợp
vêt lỵ trong hằ thống chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu . Thỹc hiằn th nh
cổng ã t i n y s gõp phƯn nƠng cao chĐt lữủng truyãn dăn cho mÔng
chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu nõi riảng v cho mÔng thổng tin vổ tuyán thá
hằ mợi nõi chung.
1. Mửc tiảu nghiản cựu cừa Luên Ăn
Nghiản cựu mởt số k thuêt truyãn dăn cỡ bÊn trong chuyn tiáp vổ tuyán
hai chiãu nhơm cÊi thiằn phâm chĐt hằ thống, ỗng thới giÊm ở phực tÔp xỷ
lỵ tÔi nút chuyn tiáp. Cử th:
Nghiản cựu, ã xuĐt k thuêt PNC sỷ dửng Ănh xÔ phi tuyán hoc Ănh xÔ
tuyán tẵnh cõ ở phực tÔp thĐp những Ôt phâm chĐt cao;
Nghiản cựu kát hủp k thuêt PNC vợi k thuêt STBC nhơm cÊi thiằn
phâm chĐt, hoc kát hủp k thuêt SM cÊi thiằn hiằu quÊ sỷ dửng phờ

cho hằ thống.
2. PhÔm vi nghiản cựu cừa Luên Ăn
Nghiản cựu lỵ thuyát thổng tin vổ tuyán; cĂc k thuêt truyãn dăn trản


6

kảnh truyãn vổ tuyán, cử th trản kảnh truyãn pha- inh Rayleigh
phng, bián ời chêm; nghiản cựu cĂc hằ thống truyãn dăn chuyn tiáp
vổ tuyán hai chiãu;
Nghiản cựu cĂc thuêt toĂn tĂch tẵn hiằu trong hằ thống MIMO nhữ: ZF,
MMSE, VBLAST, QR, SIC, ML;
Nghiản cựu cĂc k thuêt trong truyãn dăn chuyn tiáp hai chiãu.
3. ối tữủng nghiản cựu cừa Luên Ăn
Nghiản cựu k thuêt m hõa mÔng PNC sỷ dửng Ănh xÔ phi tuyán v
tuyán tẵnh;
Nghiản cựu kát hủp k thuêt PNC vợi cĂc k thuêt khĂc nhữ STBC, SM.
4. Phữỡng phĂp nghiản cựu cừa Luên Ăn
Luên Ăn kát hủp phữỡng phĂp phƠn tẵch v mổ phọng Monte-Carlo trản
mĂy tẵnh, cử th:
Phữỡng phĂp phƠn tẵch ữủc sỷ dửng nghiản cựu tĂc ởng cừa nhiạu
án kát quÊ ữợc lữủng cừa tẵn hiằu, tẵnh toĂn ở phực tÔp xỷ lỵ tÔi nút
chuyn tiáp;
Mổ phọng Monte-Carlo khÊo sĂt ữa ra minh chựng bơng ỗ th cĂc
tham số Ănh giĂ chĐt lữủng hằ thống. CĂc kát quÊ ữủc so sĂnh cũng
mởt cĐu hẳnh hằ thống, hoc cũng mởt hiằu quÊ phờ, trản cũng kảnh
pha-inh Rayleigh phng, bián ời chêm v cĂc tẵn hiằu iãu chá sỷ dửng
Ănh xÔ Gray.
5. õng gõp cừa Luên Ăn
Mởt số

õng gõp chẵnh cừa Luên Ăn cõ th ữủc tõm t-t nhữ sau:


7

Luên Ăn ã xuĐt phữỡng phĂp ữợc lữủng v Ănh xÔ m hõa mÔng phi tuyán

nhơm kh-c phửc cĂc trữớng hủp gƠy lội cừa phữỡng phĂp ML, giúp

nƠng cao phâm chĐt SER v thổng lữủng cho hằ thống. ã xuĐt kát hủp
giỳa PNC Ănh xÔ phi tuyán vợi k thuêt STBC cho php cÊi thiằn phâm
chĐt hằ thống chuyn tiáp hai chiãu MIMO. Ngo i ra, Luên Ăn cỏn ã xuĐt
phữỡng phĂp lỹa chồn nút chuyn tiáp dỹa trản cỹc tiu nhiạu dữ Ôt
ữủc hiằu quÊ truyãn dăn cao;
ã xuĐt k thuêt PNC sỷ dửng Ănh xÔ tuyán tẵnh dỹa trản phữỡng phĂp
ữợc lữủng cõ ở phực tÔp thĐp. ở phực tÔp thĐp cừa phữỡng phĂp ữợc
lữủng nhên ữủc nhớ kát hủp giỳa k thuêt lữủng tỷ hõa kảnh v ữợc lữủng
SIC cÊi tián. Kát quÊ nghiản cựu cho thĐy, k thuêt ã xuĐt khổng
nhỳng cõ ở phực tÔp thĐp m cỏn cõ phâm chĐt SER xĐp x vợi k
thuêt m hõa mÔng dỹa trản ữợc lữủng ML truyãn thống;
ã xuĐt kát hủp giỳa PNC Ănh xÔ tuyán tẵnh vợi k thuêt SM cho mÔng
chuyn tiáp vổ tuyán hai chiãu. Dỹa trản phữỡng phĂp lữủng tỷ hõa kảnh

kát hủp ữợc lữủng SIC cÊi tián, Luên Ăn  xƠy dỹng chỏm sao cho tờng
tuyán tẵnh cừa hai tẵn hiằu m cõ th Ăp dửng cho iãu chá M-QAM
vuổng tờng quĂt, ỗng thới ã xuĐt phữỡng phĂp ữợc lữủng cõ ở phực tÔp
thĐp cho tẵn hiằu n y. Ngo i ra, Luên Ăn ã xuĐt ữợc lữủng lƯn lữủt
ch số ông-ten kẵch hoÔt v kỵ hiằu iãu chá M-QAM dỹa trản phữỡng
phĂp SIC ỡn giÊn. Nhớ õ, hằ thống ã xuĐt Ôt phâm chĐt cên tối ữu trong
khi ở phực tÔp tẵnh toĂn tÔi nút chuyn tiáp thĐp.
6. Bố cửc Luên Ăn
Bố cửc Luên Ăn gỗm 4 chữỡng, cử th nhữ sau: