Hệ thống OSTBC và QOSTBC xoay trong ứng dụng 5G và IoT

Hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao như Internet di động, video di động và email. Tuy nhiên, việc đáp ứng nhu cầu về tốc độ dữ liệu cao và dung lượng lớn trong các mạng LTE và 5G vẫn là một thách thức lớn do những hạn chế từ kênh truyền thông không dây.

1. Giới thiệu

Các hạn chế này bao gồm nhiễu giữa người dùng và nhiễu liên ký tự do nhiều người dùng truy cập vào mạng cùng lúc. Để giảm tổn thất đường dẫn, việc sử dụng các nút bổ sung giữa trạm gốc và người dùng di động có thể gây ra nhiễu thêm, tức là nhiễu giữa các chế độ. Các nhà nghiên cứu phải giải quyết những vấn đề này để đạt được giao tiếp mượt mà giữa trạm gốc và người dùng.

Một phương pháp hiệu quả để tăng cường khả năng truyền tải tín hiệu là sử dụng đa phân tập không gian (space-time coding - STC). Trong đó, mã hóa khối không gian-thời gian chính tắc (Orthogonal Space-Time Block Code - OSTBC) đã chứng tỏ hiệu quả vượt trội. Tuy nhiên, khi số lượng ăng-ten tại đầu phát tăng lên, việc duy trì toàn bộ lợi ích của phân tập và tốc độ mã trở nên khó khăn hơn.

2. Mô hình hệ thống

Xét hệ thống có N_t ăng-ten ở đầu phát và N_r ăng-ten ở đầu thu. Dưới đây là sơ đồ mô hình mã hóa không gian-thời gian:

graph LR
    A([Thông tin bit]):::startend --> B(Phân phối tín hiệu):::process
    B --> C(Kích hoạt N_t - k ăng-ten<br>Sử dụng OQAM):::process
    C --> D(Mã hóa RQSTBC):::process
    D --> E(Gửi tín hiệu):::process
    E --> F(Kênh):::process
    F --> G(Nhận tín hiệu):::process
    G --> H(Sơ đồ giải mã dựa trên lưới):::process
    H --> I([Dòng ký hiệu ước lượng]):::startend

Tại đầu phát, các bit thông tin được phân phối qua quá trình mã hóa không gian-thời gian. Các ăng-ten dư thừa được tắt bằng cách sử dụng một số bit cụ thể. Tại đầu thu, thuật toán giải mã dựa trên lưới được áp dụng để ước lượng lại dòng ký hiệu ban đầu.

2.1 Thuật toán K-Best cho giải mã bóng

Thuật toán K-Best được sử dụng để giảm phức tạp tính toán của quá trình giải mã bóng. Quá trình này liên quan đến việc tách thực và ảo phần của tín hiệu nhận được:

Trong đó, $O_R$ và $O_I$ là phần thực và ảo của tín hiệu nhận được, tương ứng.

3. Kết quả và thảo luận

Để đánh giá hiệu suất của các hệ thống OSTBC và QOSTBC xoay, các thí nghiệm mô phỏng đã được thực hiện. Kết quả cho thấy rằng R-QOSTBC có tỷ lệ lỗi bit thấp hơn đáng kể so với các hệ thống truyền thống ở mức SNR thấp.

graph LR
    A([SNR]):::process --> B{Mã hóa}:::decision
    B -->|OSTBC| C(Tỷ lệ lỗi bit 1):::process
    B -->|QOSTBC| D(Tỷ lệ lỗi bit 2):::process
    B -->|R-QOSTBC| E(Tỷ lệ lỗi bit 3):::process