Luận án Nghiên cứu kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát và tiền mã hóa cho hệ thống Massive MIMO

Tên luận án:

Nghiên cứu kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát và tiền mã hóa cho hệ thống Massive MIMO

Ngành:

Không được đề cập rõ ràng trong tài liệu.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Tài liệu này tập trung vào nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát và tiền mã hóa cho hệ thống Massive MIMO, một lĩnh vực trọng yếu trong ngành điện tử truyền thông hiện đại. Massive MIMO được xác định là công nghệ tiềm năng, có khả năng tăng dung lượng hệ thống lên gấp 10 lần và cải thiện hiệu suất năng lượng bức xạ tới 100 lần so với MIMO truyền thống, đồng thời giảm đáng kể độ trễ. Điều này đạt được thông qua việc triển khai hàng trăm ăng-ten tại trạm gốc, giải quyết các hạn chế của các hệ thống MIMO hiện có với số lượng ăng-ten ít ỏi. Các thách thức chính bao gồm sự phức tạp của chuỗi cao tần vô tuyến, vấn đề đồng bộ hóa ăng-ten, và đặc biệt là việc tách tín hiệu người dùng bị trộn lẫn tại máy thu để loại bỏ xuyên nhiễu, trong đó kỹ thuật tiền mã hóa đóng vai trò then chốt.

Luận án đã đạt được bốn kết quả nghiên cứu chính. Đầu tiên, một thuật toán lựa chọn ăng-ten phát theo nhóm được đề xuất, sử dụng kỹ thuật phân tách SVD và tính định thức ma trận kênh truyền để xác định các nhóm ăng-ten đóng góp nhiều nhất vào tổng dung lượng kênh. Thứ hai, phát triển một bộ tiền mã hóa LR-LGP có độ phức tạp thấp cho hệ thống Massive MIMO trong điều kiện kênh truyền hoàn hảo. Kết quả cho thấy phẩm chất BER của thuật toán này gần tiệm cận với LC-RBD-LR-ZF nhưng độ phức tạp thấp hơn đáng kể. Thứ ba, đề xuất bộ tiền mã hóa ZF-GP-LR cho kênh truyền có tương quan theo hàm mũ, với độ phức tạp thấp hơn đáng kể so với LC-RBD-LR-ZF và phẩm chất BER được cải thiện ở vùng SNR cao. Cuối cùng, một bộ tiền mã hóa PCA-LP với độ phức tạp thấp đã được giới thiệu cho điều kiện kênh truyền không hoàn hảo, mang lại phẩm chất BER tương đương với các thuật toán LC-RBD-LR-ZF và PCA-MMSE-BD, nhưng với độ phức tạp tính toán thấp hơn.

Các hướng phát triển tương lai được đề xuất bao gồm mở rộng nghiên cứu về các bộ tiền mã hóa phi tuyến theo nhóm, tích hợp kỹ thuật rút gọn cơ sở giàn và phân tích thành phần chính. Ngoài ra, luận án cũng đề xuất nghiên cứu các bộ tiền mã hóa cho hệ thống Massive MIMO song công phân chia theo tần số, xem xét ảnh hưởng của nhiễu từ các tế bào lân cận, và phân tích, đánh giá phẩm chất của hệ thống bằng các biểu thức toán học chuyên sâu.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• 3 chương nội dung
  • Chương 1: Tổng quan về hệ thống Massive MIMO
    • 1.1 Quá trình chuyển tiếp từ MIMO đến hệ thống Massive MIMO
    • 1.2 Nguyên lý hoạt động trong hệ thống Massive MIMO
      • 1.2.1 Ước lượng kênh truyền trong hệ thống Massive MIMO
      • 1.2.2 Quá trình truyền tín hiệu đường xuống
    • 1.3 Ưu điểm và một số thách thức trong hệ thống Massive MIMO
      • 1.3.1 Những ưu điểm chính của hệ thống Massive MIMO
      • 1.3.2 Một số thách thức trong hệ thống Massive MIMO
    • 1.4 Kết luận chương 1
  • Chương 2: Kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát và kỹ thuật tiền mã hóa theo nhóm cho hệ thống Massive MIMO trong điều kiện kênh truyền hoàn hảo
    • 2.1 Mô hình hệ thống
    • 2.2 Kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát tối ưu
    • 2.3 Kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát theo nhóm trên cơ sở phân tách SVD ma trận kênh truyền
      • 2.3.1 Xây dựng thuật toán
      • 2.3.2 Phân tích độ phức tạp tính toán
      • 2.3.3 Kết quả mô phỏng
    • 2.4 Thuật toán lựa chọn ăng-ten phát hỗ trợ tiền mã hóa tuyến tính theo nhóm trong hệ thống Massive MIMO
      • 2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật rút gọn giàn ELR và kỹ thuật tiền mã hóa LC-RBD-LR-ZF
      • 2.4.2 Lựa chọn ăng-ten phát theo nhóm bằng cách tính định thức ma trận
      • 2.4.3 Thuật toán tiền mã hóa tuyến tính theo nhóm trong sự hỗ trợ của kỹ thuật rút gọn giàn độ phức tạp thấp LR-LGP.
      • 2.4.4 Phân tích độ phức tạp tính toán.
      • 2.4.5 Kết quả mô phỏng.
    • 2.5 Kết luận chương 2
  • Chương 3: Kỹ thuật tiền mã hóa cho hệ thống Massive MIMO trong điều kiện kênh truyền có tương quan và kênh truyền không hoàn hảo
    • 3.1 Kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính theo nhóm cho hệ thống Massive MIMO trong điều kiện kênh truyền tương quan theo hàm mũ.
      • 3.1.1 Mô hình hệ thống
      • 3.1.2 Thuật toán tiền mã hóa đề xuất ZF-GP-LR.
      • 3.1.3 Phân tích độ phức tạp tính toán.
      • 3.1.4 Kết quả mô phỏng.
    • 3.2 Kỹ thuật tiền mã hóa tuyến tính trong hệ thống Massive MIMO trong điều kiện kênh truyền không hoàn hảo dưới sự hỗ trợ của thuật toán PCA.
      • 3.2.1 Mô hình hệ thống.
      • 3.2.2 Tổng quan về kỹ thuật phân tích thành phần chính PCA.
      • 3.2.3 Thuật toán tiền mã hóa đề xuất PCA-LP.
      • 3.2.4 Phân tích độ phức tạp tính toán.
      • 3.2.5 Kết quả mô phỏng.
    • 3.3 Kết luận chương 3
• Kết luận và hướng nghiên cứu tương lai
• Phụ lục
• Danh mục các công trình nghiên cứu