Luận án Nghiên cứu tách tín hiệu giải mã cầu định hướng thực thi trên FPGA cho hệ thống chuyển tiếp vô tuyến Mimo hai chiều

Nội dung text: Luận án Nghiên cứu tách tín hiệu giải mã cầu định hướng thực thi trên FPGA cho hệ thống chuyển tiếp vô tuyến Mimo hai chiều

1. BË GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BË QUÈC PHÁNG VIỆN KHOA HÅC VÀ CÆNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN MINH THƯỜNG NGHIÊN CỨU TÁCH TÍN HIỆU GIẢI MÃ CẦU ĐỊNH HƯỚNG THỰC THI TRÊN FPGA CHO HỆ THÈNG CHUYỂN TIẾP VÆ TUYẾN MIMO HAI CHIỀU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nëi – 2024
2. BË GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BË QUÈC PHÁNG VIỆN KHOA HÅC VÀ CÆNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN MINH THƯỜNG NGHIÊN CỨU TÁCH TÍN HIỆU GIẢI MÃ CẦU ĐỊNH HƯỚNG THỰC THI TRÊN FPGA CHO HỆ THÈNG CHUYỂN TIẾP VÆ TUYẾN MIMO HAI CHIỀU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuªt điện tû M¢ sè: 9.52.02.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HÅC: 1. GS.TS. Tr¦n Xu¥n Nam 2. TS. Ngô Vũ Đức Hà Nëi – 2024
3. i LÍI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan c¡c k¸t qu£ tr¼nh bày trong luªn ¡n là công tr¼nh nghi¶n cùu cõa tôi dưới sự hướng d¨n cõa c¡c c¡n bë hướng d¨n. C¡c sè li»u, c¡c k¸t qu£ tr¼nh bày trong luªn ¡n hoàn toàn trung thực và chưa tøng được công bè trong b§t kỳ công tr¼nh nào kh¡c. C¡c dú li»u tham kh£o được tr½ch d¨n đầy đủ. T¡c gi£ luªn ¡n Nguy¹n Minh Thường
4. ii LÍI CẢM ƠN Trong qu¡ tr¼nh nghi¶n cùu và hoàn thành luªn ¡n này, nghi¶n cùu sinh (NCS) đã nhªn được nhi·u sự giúp đỡ, c¡c ý ki¸n đóng góp quý b¡u và nhúng lời động vi¶n cõa c¡c th¦y hướng d¨n, c¡c nhà khoa học, đồng nghi»p và gia đình. Trước h¸t, NCS xin bày tỏ lời c£m ơn s¥u s­c tới hai th¦y gi¡o hướng d¨n là GS.TS. Tr¦n Xu¥n Nam và TS. Ngô Vũ Đức, c¡c th¦y đã tªn t¼nh hướng d¨n và giúp đỡ NCS trong qu¡ tr¼nh nghi¶n cùu. C¡c th¦y không ch¿ truy·n thụ nhúng tri thùc, kinh nghi»m quý b¡u mà cán t¤o nguồn c£m hùng và cũng như x¥y dựng t½nh ki¶n tr¼ và láng say m¶ trong nghi¶n cùu khoa học cho NCS. NCS xin tr¥n trọng c£m ơn Thõ trưởng Vi»n KH-CNQS, Pháng Đào t¤o, Vi»n Điện tû đã hé trñ giúp đỡ c¡c thõ tục và t¤o điều ki»n thuªn lñi cho NCS hoàn thành Luªn ¡n. NCS xin tr¥n trọng c£m ơn tới c¡ nh¥n và nhóm nghi¶n cùu cõa PGS.TS. Trịnh Quang Ki¶n đã có nhúng trao đổi, ý ki¸n đóng góp và hé trñ NCS trong qu¡ tr¼nh thực hi»n luªn ¡n. NCS cũng xin ch¥n thành c£m ơn c¡c c¡n bë Pháng KTHT/Vi»n Công ngh» thông tin, Đảng õy, ch¿ huy Vi»n CNTT đã hé trñ, giúp đỡ chia s´ nhúng khó kh«n với NCS k· tø nhúng ngày b­t đầu nghi¶n cùu. Cuèi cùng, NCS xin gûi lời c£m ơn s¥u s­c tới c¡c thành vi¶n trong gia đình đã luôn động vi¶n, cùng chia s´ nhúng khó kh«n trong cuëc sèng giúp t¡c gi£ hoàn thành luªn ¡n. T¡c gi£ luªn ¡n Nguy¹n Minh Thường
5. iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MÐ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TÊNG QUAN VỀ HỆ THÈNG CHUYỂN TIẾP THÆNG TIN VÆ TUYẾN 10 1.1 Sự ph¡t triºn cõa h» thèng thông tin vô tuy¸n đương đại . . . . . 10 1.2 Thông tin vô tuy¸n chuyºn ti¸p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.1 C¡c kỹ thuªt chuyºn ti¸p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.2 Kỹ thuªt chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO . . . . . . . . . . . . 17 1.3 Kỹ thuªt t¡ch và xû lý t½n hi»u cho h» thèng vô tuy¸n MIMO . . 20 1.3.1 Kỹ thuªt t¡ch và xû lý t½n hi»u MIMO tuy¸n t½nh . . . . . 21 1.3.2 Kỹ thuªt t¡ch và xû lý t½n hi»u MIMO phi tuy¸n . . . . . 22 1.3.3 Kỹ thuªt t¡ch và xû lý hi»u ¡p dụng phương ph¡p gi£i m¢ c¦u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.4 Kỹ thuªt t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i nút chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.5 Định hướng nghi¶n cùu cõa luªn ¡n . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6 K¸t luªn chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 CHƯƠNG 2. THUẬT TOÁN TÁCH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU CHO HỆ THÈNG CHUYỂN TIẾP VÆ TUYẾN MIMO HAI CHIỀU 34 2.1 Kh£o s¡t thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1.1 Ảnh hưởng cõa b¡n k½nh c¦u t¼m ki¸m đến độ phùc t¤p cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.1.2 Ảnh hưởng ph¥n bè thèng k¶ cõa nút hñp l» đến hi»u n«ng cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6. iv 2.1.3 Lựa chọn nút b¬ng thuªt to¡n s­p x¸p đệ quy . . . . . . . 56 2.1.4 Sự phụ thuëc cõa BER vào b¡n k½nh c¦u t¼m ki¸m . . . . 59 2.2 Đề xu§t thuªt to¡n EHSD t¡ch và xû lý t½n hi»u . . . . . . . . . 60 2.3 Ứng dụng thuªt to¡n EHSD t¤i m¡y thu cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO điºm-điºm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.4 Đề xu§t thuªt to¡n V-KBD t¡ch và xû lý t½n hi»u . . . . . . . . . 66 2.5 Ứng dụng thuªt to¡n V-KBD t¤i tr¤m chuyºn ti¸p cho h» thèng vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.6 K¸t luªn chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG TÁCH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU CHO HỆ THÈNG CHUYỂN TIẾP VÆ TUYẾN MIMO HAI CHIỀU 75 3.1 Đề xu§t ki¸n trúc ph¦n cùng tèi ưu thực thi thuªt to¡n EHSD t¤i m¡y thu cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO điºm-điểm . 75 3.1.1 Khèi t¡ch và xû lý t½n hi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.1.2 Khèi lựa chọn nút . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.1.3 Ki¸n trúc EHSD têng thº . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.1.4 Thực thi và mô phỏng chùc n«ng cõa ki¸n trúc đề xu§t t¤i m¡y thu cho h» thèng vô tuy¸n MIMO điểm-điểm . . . 82 3.1.5 Đánh gi¡ t½nh kh£ thi cõa ki¸n trúc đề xu§t tr¶n FPGA . 84 3.2 Đề xu§t ki¸n trúc ph¦n cùng tèi ưu thực thi thuªt to¡n V-KBD t¤i tr¤m chuyºn ti¸p cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.2.1 Khèi t¡ch và xû lý t½n hi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.2.2 Khèi têng hñp t½n hi»u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.3 Mô phỏng chùc n«ng cõa ki¸n trúc đề xu§t t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.4 Đánh gi¡ t½nh kh£ thi cõa ki¸n trúc đề xu§t tr¶n FPGA . 93 3.3 K¸t luªn chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 KẾT LUẬN 96 DANH MỤC CÁC CÆNG TRÌNH KHOA HÅC ĐÃ CÆNG BÈ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
7. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HH là mët ma trªn hij Ph¦n tû hàng thù i cët thù j cõa ma trªn H HT Chuyºn vị cõa ma trªn H HH Chuyºn vị li¶n hñp phùc cõa ma trªn H H−1 Nghịch đảo cõa ma trªn H I Ma trªn đơn vị x x là bi¸n sè x x là mët v²c tơ ⊗ Ph²p to¡n XOR kyk Chu©n hóa Ơ-cơ-lit cõa véc-tơ y (C)N×N Ma trªn phùc có k½ch thước N × N D(y~; y^) Kho£ng c¡ch Euclid giúa hai véc-tơ y~, y^ N ×N H = (hij) R T Ma trªn k¶nh truy·n cõa mô h¼nh MIMO NR × NT M(:) Hàm ¡nh x¤ biºu tượng vào chám sao t½n hi»u N s CN (µ, σ2I) Ma trªn N có c¡c ph¦n thû thuëc ph¥n phèi chu©n phùc với kỳ vọng µ và phương sai σ2 <(a) Ph²p to¡n l§y ph¦n thực cõa sè phùc a =(a) Ph²p to¡n l§y ph¦n £o cõa sè phùc a 2 kAkF Chu©n Frobenius cõa ma trªn A E(:) Hàm l§y gi¡ trị trung b¼nh x(n) Véc-tơ cõa điểm nút n N P xi Têng t§t c£ c¡c ph¦n tû xi với i = m; m + 1; ::; N i=m xb Ước lượng cho v²c tơ x O(M; N) Độ phùc t¤p thuªt to¡n theo gi¡ trị M; N 3G Th¸ h» thù ba (Third Generation) 3GPP Dự ¡n hñp t¡c th¸ h» thù ba (Third Generation Partnership Project) 4G Th¸ h» thù tư (Fourth Generation) 5G Th¸ h» thù n«m (Fifth Generation) AF Khu¸ch đ¤i và chuyºn ti¸p (Amplify and Forward) AI Tr½ tu» nh¥n t¤o (Artificial Intelligence)
8. vi AWGN T¤p ¥m Gauss tr­ng cëng t½nh (Additive White Gaussian Noise) ASIC Vi m¤ch t½ch hñp với chùc n«ng chuy¶n dụng (Application-Specific Integrated Circuit) BER T¿ l» léi b½t (Bit Error Rate) BFS-SD Gi£i m¢ c¦u t¼m ki¸m theo chi·u rëng (Breadth First Search-SD) BPSK Khóa dịch pha nhị ph¥n (Binary Phase Shift Keying) BS Tr¤m gèc (Base Station) BUFG Bë đệm toàn cục (Global Buffer) CSW So s¡nh và tr¡o đổi (Compare and Swap) CU Người dùng di động (Cellular User) CV Véc-tơ c§u h¼nh (Configuration Vector) D2D Thi¸t bị k¸t nèi trực ti¸p đến thi¸t bị không thông qua tr¤m gèc (Device-to-Device) DF Gi£i m¢ và chuyºn ti¸p (Decode and Forward) DFS-SD Gi£i m¢ c¦u t¼m ki¸m theo chi·u s¥u (Depth First Search-SD) DL Học m¡y (Deep Learning) DSP Bë xû lý t½n hi»u sè (Digital Signal Processor) DU Thi¸t bị k¸t nèi (Device User) EDA S­p x¸p hướng trị ri¶ng (Eigen-Direction Alignment EHSD Gi£i m¢ c¦u lai c£i ti¸n (Enhanced Hybrid Sphere Decoding) FF Ph¦n tû nhớ Flip-Flop trong FPGA FPGA Vi m¤ch chùa c¡c cêng lô-gic kh£ tr¼nh (Field- Programmable Gate Arrays) FSD Gi£i m¢ h¼nh c¦u có độ phùc t¤p cè định (fixed-complexity sphere decoder) GS S­p x¸p toàn cục (Global Sorting) LPB Khèi xû lý lớp cơ sở (Basic Layer Processing Block) LLR T¿ sè hñp l» theo hàm lô-ga-rít (Log Likelihood Ratio) LS S­p x¸p cục bë (Local Sorting) LTE Ti¸n hóa dài h¤n (Long Term Evolution)
9. vii LUT B£ng tra cùu (Lookup Table) MeL Học si¶u vi»t (Meta Learning) MIMO Nhi·u đầu vào-nhiều đầu ra (Multiple Input- Multiple Output) ML Hñp l» cực đại (Maximum Likelihood) MMSE Sai sè b¼nh phương trung b¼nh nhỏ nh§t (Minimum Mean Square Error) NC M¢ hóa m¤ng (Network Coding) NSB Khèi lựa chọn c¡c điểm nút hñp l» (Valid Node Selection Block) PEP X¡c su§t léi cặp (Pairwise Error Probability) PF Xû lý và chuyºn ti¸p (Processing and Forward) PNC M¢ hóa m¤ng lớp vªt lý (Physical Layer Network Coding) QAM Điều ch¸ bi¶n độ c¦u phương (Quadrature Amplitude Modulation) QRD Ph¥n t½ch QR (QR Decomposition) QPSK Khóa dịch pha c¦u phương(Quadrature Amplitude Modulation) RTL Mô t£ lớp thanh ghi truy·n t£i (Register transfer level design) SD Gi£i m¢ c¦u (Sphere Decoding) SDE Ph¦n tû t½nh to¡n gi£i m¢ c¦u cơ b£n (SD-Element) SER T¿ l» léi s­p x¸p (Sorting Error Rate) SDM Gh²p k¶nh ph¥n chia theo không gian (Spatial Division Multiplexing) SNR T¿ sè t½n hi»u tr¶n t¤p ¥m (Signal to Noise Ratio) RVD Ph¥n t½ch gi¡ trị thực (Real-valued Decomposition) RS Tr¤m chuyºn ti¸p (Relay Station) TWRC K¶nh chuyºn ti¸p hai chi·u (Two-Way Relay Channel) ZF Cưỡng bùc v· không (Zero Forcing) V-BLAST Vertical Bell-Labs Layered Space-Time
10. viii V-KBD T¡ch K-Best với h» sè K bi¸n đổi (Variable K-Best Detection) VHDL Ngôn ngú đặc t£ ph¦n cùng cho vi m¤ch t½ch hñp tèc độ cao (Very high-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)
11. ix DANH MỤC CÁC BẢNG Trang B£ng 2.1 Sè lượng nút tèt nh§t giú l¤i t¤i c¡c mùc ¡p dụng cho thuªt to¡n EHSD ¡p dụng cho h» thèng vô tuy¸n MIMO điểm-điểm 4 × 4, 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 B£ng 2.2 Mët sè c§u h¼nh cõa thuªt to¡n V-KBD cho tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u 4 × 4 16-QAM . . . . . . . . . . . . 72 B£ng 3.1 So s¡nh k¸t qu£ thực thi EHSD với c¡c công tr¼nh tương đương. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
12. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang H¼nh 1.1 Vai trá cõa tr¤m chuyºn ti¸p trong h» thèng thông tin vô tuy¸n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 H¼nh 1.2 Mô h¼nh chuyºn ti¸p thông tin vô tuy¸n mët chi·u . . . . . . 15 H¼nh 1.3 Mô h¼nh m¤ng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . 15 H¼nh 1.4 Chuyºn ti¸p thông tin vô tuy¸n hai chi·u lớp vªt lý . . . . . 16 H¼nh 1.5 Mô h¼nh h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO điểm-điểm . . 20 H¼nh 1.6 Mô h¼nh h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u theo PNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 H¼nh 1.7 Ph©m ch§t BER cõa bë t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u ¡p dụng thuªt to¡n ZF . . 30 H¼nh 1.8 Ph©m ch§t BER cõa bë t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u sû dụng thuªt to¡n MMSE 31 H¼nh 2.1 C¥y t¼m ki¸m cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u theo chi¸n lược t¼m ki¸m theo chi·u rëng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 H¼nh 2.2 H» sè ph©m ch§t BER cõa c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u trong h» thèng vô tuy¸n MIMO 4 × 4 sû dụng điều ch¸ 16-QAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 H¼nh 2.3 H» sè ph©m ch§t BER cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u trong h» thèng vô tuy¸n MIMO 6 × 6 sû dụng điều ch¸ 16-QAM. . . . . . . 39 H¼nh 2.4 H» sè ph©m ch§t BER cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u trong h» thèng vô tuy¸n MIMO 8 × 8 sû dụng điều ch¸ 16-QAM. . . . . . . 40 H¼nh 2.5 Kỳ vọng cõa sè lượng c¡c điºm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 4 × 4 với điều ch¸ 16-QAM 44 H¼nh 2.6 Phương sai cõa sè lượng c¡c điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 4 × 4 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 H¼nh 2.7 Kỳ vọng cõa sè lượng c¡c điºm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 6 × 6 với điều ch¸ 16-QAM 46
13. xi H¼nh 2.8 Phương sai cõa sè lượng c¡c điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 6 × 6 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 H¼nh 2.9 Kỳ vọng cõa sè lượng c¡c điºm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 8 × 8 với điều ch¸ 16-QAM 48 H¼nh 2.10 Phương sai cõa sè lượng c¡c điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i méi mùc thuëc c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 8 × 8 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 H¼nh 2.11 Sè điểm nút t¤i c¡c mùc t½nh to¡n nh¤y c£m nh§t cho c¡c h» thèng MIMO 4 × 4, 6 × 6, 8 × 8 được đưa ra tø CDF bao phõ 99; 999% sè điểm nút t¼m ki¸m trong h¼nh c¦u . . . . . . . . . . . . 51 H¼nh 2.12 Sè lượng c¡c điểm nút đạt 99; 999% điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i c¡c mùc cõa c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 4 × 4 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 H¼nh 2.13 Sè lượng c¡c điểm nút đạt 99; 999% điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i c¡c mùc cõa c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 6 × 6 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 H¼nh 2.14 Sè lượng c¡c điểm nút đạt 99; 999% điểm nút n¬m trong h¼nh c¦u t¼m ki¸m t¤i c¡c mùc cõa c¥y t¼m ki¸m cõa bë gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO 8 × 8 với điều ch¸ 16-QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 H¼nh 2.15 T¿ l» léi s­p x¸p t¤i lớp thù tư sû dụng hai phương ph¡p: s­p x¸p cục bë lựa chọn 4 điểm nút cục bë tèt nh§t và s­p x¸p toàn cục lựa chọn 4 điºm toàn cục tèt nh§t cho h» thèng MIMO 4 × 4 với điều ch¸ 16−QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 H¼nh 2.16 T¿ sè cõa t¿ l» léi s­p x¸p với rsph = 3 cho hai mô h¼nh s­p x¸p LS và GS t¤i c¡c mùc quan trọng. . . . . . . . . . . . . . . . . 58 H¼nh 2.17 Sự phụ thuëc cõa h» sè ph©m ch§t BER vào b¡n k½nh h¼nh c¦u lựa chọn cho h» thèng MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 H¼nh 2.18 C¥y t¼m ki¸m cõa thuªt to¡n gi£i m¢ EHSD cho h» thèng MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
14. xii H¼nh 2.19 So s¡nh h» sè ph©m ch§t BER cõa c¡c c§u h¼nh EHSD với c¡c thuªt to¡n: ZF, MMSE, SD và ML . . . . . . . . . . . . . . . . 66 H¼nh 2.20 C¥y t¼m ki¸m cho thuªt to¡n t¡ch t½n hi»u V-KBD . . . . . 69 H¼nh 2.21 Mô h¼nh ¡p dụng thuªt to¡n V-KBD cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 H¼nh 2.22 H» sè ph©m ch§t BER cõa bë t¡ch t½n hi»u và chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO 4 × 4 hai chi·u ¡p dụng V-KBD . . . . . . . . . . 73 H¼nh 3.1 Sơ đồ khèi cõa ki¸n trúc EHSD đề xu§t cho MIMO N × N . 76 H¼nh 3.2 Ki¸n trúc ph¦n cùng chi ti¸t cho thực thi khèi LPB . . . . . 77 H¼nh 3.3 Ki¸n trúc ph¦n cùng chi ti¸t cho thực thi khèi NSB . . . . . 79 H¼nh 3.4 Ki¸n trúc EHSD têng thº . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 H¼nh 3.5 Sơ đồ kiºm tra chùc n«ng cõa ki¸n trúc EHSD . . . . . . . . 83 H¼nh 3.6 Ph©m ch§t BER cõa bë t¡ch và t½n hi»u EHSD thực thi tr¶n FPGA và c¡c thuªt to¡n: ML, SD . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 H¼nh 3.7 Bë t¡ch và xû lý t½n hi»u EHSD: tài nguy¶n sû dụng và thông lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 H¼nh 3.8 Ki¸n trúc ph¦n cùng cõa bë t¡ch và xû lý t½n hi»u V-KBD cho tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO N × N . . . . . . . . . . . . 88 H¼nh 3.9 Sơ đồ kiºm tra chùc n«ng cõa ki¸n trúc V-KBD . . . . . . . 91 H¼nh 3.10 H» sè ph©m ch§t BER cõa ki¸n trúc ph¦n cùng V-KBD cho tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u . . . . . . . . . . . . . 92 H¼nh 3.11 K¸t qu£ thực thi bë t¡ch và xû lý t½n hi»u V-KBD cho tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO 4 × 4 hai chi·u tr¶n FPGA . . . . . . 94
15. 1 MÐ ĐẦU 1. T½nh c§p thi¸t cõa đề tài luªn ¡n H» thèng thông tin vô tuy¸n nhi·u đầu vào và nhi·u đầu ra MIMO (MIMO: Multiple-Input and Multiple-Output) giúp n¥ng cao dung lượng truy·n d¨n thông tin vô tuy¸n b¬ng c¡ch sû dụng nhi·u «ng-ten truy·n và nhªn để khai th¡c sự lan truy·n sóng đa đường trong không gian. H» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO là n·n t£ng cèt lãi trong h» thèng thông tin di động th¸ h» thù tư (4G: Fourth- Generation), th¸ h» thù 5 (5G: Fifth-Generation), cũng như c¡c th¸ h» thông tin di động trong tương lai. Theo sự ph¡t triºn cõa m¤ng vi¹n thông th¸ h» mới, c¡c dịch vụ vi¹n thông như dịch vụ Internet v¤n vªt (IoT: Internet of Things), c¡c dịch vụ ph¡t triºn tr¶n n·n t£ng công ngh» tr½ tu» nh¥n t¤o (AI: Artificial Intelligence) đã có sự ph¡t triºn bùng nê và m¤nh m³. Đến nay, sự ph¡t triºn c¡c n·n t£ng và dịch vụ vi¹n thông đã t¤o ra ¡p lực ngược l¤i với sự ph¡t triºn cõa c¡c m¤ng thông tin vô tuy¸n, với c¡c nhu c¦u n¥ng cao tèc độ đường truy·n, sè lượng k¸t nèi, vùng phõ sóng, độ tin cªy, độ lớn gói tin... Để đảm b£o c¡c nhu c¦u này, c¡c thi¸t bị trao đổi thông tin trong m¤ng c¦n có c¡c bë xû lý t½n hi»u t¤i m¡y thu và m¡y ph¡t có tèc độ xû lý t½nh to¡n nhanh. C¡c khèi t½nh to¡n và xû lý t½n hi»u ph£i có độ tin cªy t½nh to¡n với c¡c ki¸n trúc ph¦n cùng xû lý được tèi ưu. Tuy nhi¶n, chúng ta cũng c¦n ph£i c¥n b¬ng giúa c¡c y¶u c¦u h» sè ph©m ch§t h» thèng với c¡c chi ph½ ph£i tr£ gi¡ đáp ùng cho thi¸t bị. Nhu c¦u cung c§p dịch vụ vi¹n thông vô tuy¸n ch§t lượng cao cho c¡c nhà m¡y, khu vực s£n xu§t, và c¡ nh¥n người dùng không ch¿ ở c¡c khu vực thành thị, mà ngày càng mở rëng và ph¡t triºn ở nhi·u khu vực ở nông thôn, røng núi và c¡c khu vực xa trung t¥m. Do đó, nhà cung c§p dịch vụ vi¹n thông c¦n ph£i không ngøng mở rëng hơn núa vùng phõ sóng. Tuy nhi¶n, song song với nhu c¦u đó, y¶u c¦u n¥ng cao tèc độ truy·n dú li»u v¨n c¦n ph£i được đảm b£o. Để n¥ng cao tèc độ truy·n dú li»u, c¡c th¸ h» thông tin di đëng mới thường có xu hướng t«ng t¦n sè mang ở c¡c vùng t¦n sè r§t cao (t¦n sè cõa 4G l¶n đến 6Ghz và 5G l¶n đến 60Ghz). Do độ suy hao cõa sóng t½n hi»u vô tuy¸n được truy·n đi trong không gian t¿ l» thuªn với t¦n sè sóng mang, n¶n khi n¥ng cao t¦n sè sóng mang £nh hưởng nhi·u đến kh£ n«ng mở rëng cự ly vùng phõ sóng. Để kh­c phục v§n đề này, trong m¤ng thông tin 4G và đặc bi»t đối với m¤ng 5G c¦n thi¸t lªp th¶m c¡c tr¤m chuyºn ti¸p thông tin vô tuy¸n vào trong m¤ng. Sự
16. 2 bê sung c¡c tr¤m chuyºn ti¸p trong m¤ng, giúp cho m¤ng thông tin vô tuy¸n n¥ng cao ch§t lượng, độ tin cªy và tèc độ trao đổi thông tin. T¤i c¡c tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u, xû lý t½n hi»u t¤i c¡c bë t¡ch và xû lý t½n hi»u là mët v§n đề phùc t¤p và £nh hưởng trực ti¸p đến c¡c h» sè ph©m ch§t trong h» thèng. Mët trong c¡c kỹ thuªt chuyºn ti¸p được sû dụng cho h» thèng vô tuy¸n MIMO là kỹ thuªt m¢ hóa m¤ng t¤i lớp vªt lý (PNC: Physical layer Network Coding) được đưa ra bởi Zhang và c¡c cëng sự [109, 110]. PNC có thº được coi như kỹ thuªt ti·m n«ng thay th¸ cho kỹ thuªt m¢ hóa m¤ng (NC: Network Coding) đã được ¡p dụng cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u. Kỹ thuªt PNC do Zhang đề xu§t có thº cho ph²p t«ng 100% thông lượng h» thèng so với chuyºn ti¸p vô tuy¸n mët chi·u và 33; 33% so với mô h¼nh chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u sû dụng kỹ thuªt NC. Do vªy, chuyºn ti¸p vô tuy¸n sû dụng kỹ thuªt PNC đã thu hút nhi·u nghi¶n cùu cõa c¡c nhà khoa học. Hi»p và c¡c cëng sự đã đề xu§t thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u tr¶n cơ sở thuªt to¡n t¡ch t½n hi»u ZF (Zero Forcing) và MMSE (MMSE: Minimum Mean Square Error) cho tr¤m chuyºn ti¸p k¸t hñp với phương ph¡p t¿ sè hñp l» theo hàm lô-ga-rít (LLR: Log-Likelihood Ratio) và chọn lọc vào n«m 2013 [96]. Sau đó, n«m 2016, thuªt to¡n này được Thi»n và cëng sự đưa ra thi¸t k¸ ki¸n trúc ph¦n cùng và thực thi cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u 2 × 2 sû dụng điều ch¸ khóa dịch pha nhị ph¥n (BPSK: Binary Phase Shift Keying) [54]. Ki¸n trúc này có độ phùc t¤p th§p, phù hñp với cài đặt tr¶n c¡c n·n t£ng công ngh» vi m¤ch chùa c¡c cêng lô-gic kh£ tr¼nh (FPGA: Field-programmable Gate Array) và c¡c vi m¤ch t½ch hñp chùc n«ng chuy¶n dụng (ASIC: Application Specific Integrated). Tuy nhi¶n, ki¸n trúc cõa c¡c bë t¡ch và xû lý t½n hi»u døng l¤i ở mùc ch¿ có thº ¡p dụng được cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u có c§u h¼nh 2 × 2 sû dụng điều ch¸ BPSK với hi»u n«ng th§p, mà không thº khi ¡p dụng cho h» thèng MIMO có c§u c§u h¼nh lớn hơn 2 × 2 sû dụng điều ch¸ bi¶n độ c¦u phương (QAM: Quadrature Amplitude Modulation). Mô h¼nh chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u sû dụng t¡ch t½n hi»u phi tuy¸n VBLAST được Zhang và công sự công bè n«m 2013 ¡p dụng cho mô h¼nh chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO 2 × 2 sû dụng điều ch¸ khóa dịch pha c¦u phương (QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying) nhưng gi£i ph¡p này có t¿ l» léi b½t lớn [56]. Trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO, thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u (thuªt to¡n SD: Sphere Decoding) cho h» sè ph©m ch§t t¿ l» léi b½t sau gi£i m¢ tèt, độ phùc t¤p th§p hơn thuªt to¡n hñp l» cực đại (ML: Maximum Likelihood) và có
17. 3 thº tùy ch¿nh b¡n k½nh c¦u t¼m ki¸m tương ùng với h» sè ph©m ch§t BER theo y¶u c¦u cõa h» thèng [16, 44, 84, 94, 95]. V¼ vªy, thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u có thº là mët ùng vi¶n ti·m n«ng cho xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n hai chi·u thông thường và chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u. Với c§u h¼nh h» thèng vô tuy¸n MIMO lớn, thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u có ưu điºm là có độ phùc t¤p nhỏ hơn nhi·u so với độ phùc t¤p cõa thuªt to¡n gi£i m¢ ML [30, 37, 94]. Dù độ phùc t¤p cõa thuªt to¡n SD nhỏ hơn nhi·u so với thuªt to¡n ML, nhưng h» sè ph©m ch§t BER cõa thuªt to¡n SD có gi¡ trị ti»m cªn đến BER cõa thuªt to¡n ML trong điều ki»n lựa chọn b¡n k½nh c¦u phù hñp hoặc h» thèng có t¿ sè t½n tr¶n t¤p đủ lớn [12, 103]. Mô h¼nh ph¦n cùng đề xu§t thực hi»n thuªt to¡n SD lý thuy¸t t¼m ki¸m theo chi·u s¥u được cài đặt tr¶n FPGA và đánh gi¡ t½nh kh£ thi ¡p dụng thuªt to¡n SD cho h» thèng vô tuy¸n MIMO tr¶n ph¦n cùng chuy¶n dụng [95, 101, 104] và h» thèng MIMO lớn [36]. Thuªt to¡n SD có b¡n k½nh c¦u lựa chọn phụ thuëc vào độ ph©m ch§t y¶u c¦u và nhi¹u t¤p t¡c động vào h» thèng. Trong qu¡ tr¼nh duy»t c¥y t¼m, n¸u thuªt to¡n SD không t¼m được véc-tơ t½n hi»u thỏa m¢n n¬m trong si¶u c¦u t¼m ki¸m, th¼ thuªt to¡n SD thực hi»n mở rëng b¡n k½nh c¦u t¼m ki¸m và ti¸n hành duy»t c¥y t¼m ki¸m l¤i tø đầu [95]. Do đó, sè lượng điºm nút được duy»t tr¶n c¥y t¼m ki¸m và thời gian t¡ch và xû lý t½n hi»u không có gi¡ trị cè định, sè lượng c¡c ph²p t½nh cõa thuªt to¡n SD bi¸n đổi theo sè lượng c¡c điểm n¬m trong c¦u t¼m ki¸m g¥y ra khó kh«n trong xû lý t½n hi»u thời gian thực, đặc bi»t khi truy·n thông t¤i tèc độ cao. Nhúng v§n đề này g¥y khó kh«n trong đồng bë khi triºn khai tr¶n c¡c h» thèng thực t¸. Thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u với độ phùc t¤p cè định (FSD: Fixed-Complexity Sphere Decoder) [10] có độ phùc t¤p th§p, kh­c phục được sự bi¸n đổi cõa độ tr¹ t½nh to¡n cõa thuªt to¡n SD lý thuy¸t. FSD được thực thi tr¶n FGPA với c¡c luồng xû lý song song cho hi»u n«ng t½nh to¡n cao và thông lượng t½nh to¡n cè định [11, 19, 21, 47, 49, 80]. H» sè ph©m ch§t BER cõa FSD cho k¸t qu£ tèt hơn so với c¡c thuªt to¡n gi£i m¢ tuy¸n t½nh MMSE, ZF, V-BLAST, nhưng FSD có BER cao hơn kh¡ nhi·u so với thuªt to¡n SD. Nguy¶n nh¥n là do sau t¦ng v²t c¤n, méi nh¡nh cõa c¥y t¼m ki¸m FSD ch¿ chọn duy nh§t mët nút tèt nh§t và lo¤i bỏ t§t c£ c¡c điểm nút cán l¤i trong nh¡nh đó. Phương ph¡p t¼m ki¸m này không là gi£i ph¡p tèi ưu, nhi·u trường hñp nút trong nh¡nh được giú l¤i không ph£i là nút tèt hơn so với c¡c nút ở nh¡nh kh¡c bị lo¤i. K-Best [99] được đề xu§t có độ phùc t¤p th§p, cè định trong chu tr¼nh xû lý hướng đến thực thi triºn khai thuªt to¡n SD tr¶n FPGA và ASIC [8, 13, 66, 72, 73, 93, 99]. T¤i méi mùc cõa
18. 4 c¥y t¼m ki¸m thuªt to¡n lựa chọn K điểm tèt nh§t cè định đã được x¡c định trước đó. Với sè lượng K nút cè định đưa xuèng mùc ti¸p theo cõa c¥y t¼m ki¸m cho ph²p ki¸n trúc ph¦n cùng thi¸t k¸ có thº được giú nguy¶n cho xû lý t½n hi»u t¤i c¡c mùc. Tương tự FSD, K-BEST có độ tr¹ xû lý t½nh to¡n cè định, xû lý theo c¡c luồng t½nh to¡n song song, cho ph²p thi¸t k¸ t«ng tèc độ bë xû lý ¡p dụng theo ki¸n trúc đường èng s¥u và đồng bë giúp t«ng thông lượng h» thèng. SD lý thuy¸t k¸t hñp với m¢ kiºm tra ch®n l´ mªt độ th§p được ¡p dụng cho chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u trong công tr¼nh [38] cho ph²p truy·n t½n hi»u tin cªy với SNR th§p. Trong [35], SD ¡p dụng cho chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u với b¡n k½nh c¦u khởi t¤o theo SNR có độ phùc t¤p th§p cho h» sè ph©m ch§t BER cao ti»m cªn đến ML. C¡c công tr¼nh ch¿ ra t½nh hi»u qu£ khi ¡p dụng SD cho chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u. V¼ c¡c thuªt to¡n đề xu§t c£i ti¸n thuªt to¡n SD trong c¡c công tr¼nh tr¶n t¡ch và gi£i m¢ t½n hi»u theo phương ph¡p gi£i m¢ c¦u truy·n thèng n¶n đë phùc t¤p thuªt to¡n không cè định. Điều này g¥y ra nhúng khó kh«n v· đồng bë h» thèng. V¼ vªy, c¡c thuªt to¡n này không hi»u qu£ khi triºn khai cài đặt thuªt to¡n tr¶n ph¦n cùng FPGA. Đến thời điºm hi»n t¤i, theo hiºu bi¸t cõa NCS: - Thù nh§t, c¡c công tr¼nh nghi¶n cùu chõ y¸u ¡p dụng thuªt to¡n SD thực hi»n t¡ch và xû lý t½n hi»u cho h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO điểm- điểm, chưa có c¡c công tr¼nh nghi¶n cùu ¡p dụng SD k¸t hñp với kỹ thuªt PNC t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u hướng đến thi¸t k¸ và thực thi chúng tr¶n FPGA. Đây v¨n cán là v§n đề có t½nh mở cho ph²p ti¸p tục nghi¶n cùu và ph¡t triºn. - Thù hai, c¡c nghi¶n cùu v· thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u đã được công bè chõ y¸u døng l¤i ở mùc độ nghi¶n cùu lý thuy¸t và kiºm chùng đánh gi¡ hi»u qu£ thuªt to¡n. C¡c nghi¶n cùu hướng đến triºn khai tr¶n c¡c n·n t£ng công ngh» FPGA, ti»m cªn đến triºn khai tr¶n c¡c h» thèng thực, có c¡c tham sè hi»u n«ng cán th§p. Do đó, vi»c nghi¶n cùu và ph¡t triºn gi£i ph¡p c£i ti¸n, tèi ưu, và n¥ng cao ch§t lưñng cõa thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn c¦n ti¸p tục được đầu tư nghi¶n cùu. Với c¡c v§n đề tồn t¤i được tr¼nh bày ở tr¶n, nghi¶n cùu v· t¡ch và xû lý t½n hi»u tr¶n cơ sở thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u hướng tới thực thi tr¶n n·n t£ng công ngh» FPGA ¡p dụng cho c¡c tr¤m chuyºn ti¸p trong h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u v¨n là mët v§n đề mở và c¦n ti¸p tục được đầu tư nghi¶n
19. 5 cùu. Vi»c nghi¶n cùu, thi¸t k¸ ki¸n trúc ph¦n cùng thực thi c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p tr¶n n·n t£ng công ngh» FPGA s³ góp ph¦n đưa c¡c nghi¶n cùu lý thuy¸t ti¸n g¦n hơn với triºn khai vào thực ti¹n. Ch½nh v¼ nhúng lý do này, NCS đã lựa chọn đề tài "Nghi¶n cùu t¡ch t½n hi»u gi£i m¢ c¦u định hướng thực thi tr¶n FPGA cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u", với mong muèn được nghi¶n cùu s¥u hơn và đóng góp v· mặt khoa học đối với lĩnh vực nghi¶n cùu c¡c thuªt to¡n, c¡c kỹ thuªt t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u cho h» thèng vô tuy¸n MIMO nói ri¶ng và h» thèng thông tin vi¹n thông nói chung. K¸t qu£ nghi¶n cùu cõa luªn ¡n góp ph¦n n¥ng cao n«ng lực triºn khai s£n xu§t c¡c thi¸t bị truy·n thông tèc độ cao b¬ng nëi lực trong nước, đóng góp hi»u qu£ cho c¡c ho¤t động đời sèng kinh t¸ x¢ hëi cõa đất nước. 2. Mục ti¶u nghi¶n cùu Tr¶n cơ sở nghi¶n cùu lý thuy¸t h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO, c¡c kỹ thuªt, giao thùc chuyºn ti¸p trong h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u và ph¥n t½ch, đánh gi¡ thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u ¡p dụng cho h» thèng MIMO vô tuy¸n. Mục ti¶u cõa luªn ¡n là đề xu§t thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u có độ phùc t¤p th§p, có thº triºn khai tr¶n n·n t£ng ph¦n cùng và đề xu§t phương ¡n thi¸t k¸ c¡c ki¸n trúc ph¦n cùng phù hñp tr¶n FPGA. C¡c mục ti¶u cụ thº cõa luªn ¡n như sau: - Đề xu§t thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u có độ phùc t¤p th§p cho h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u. Thuªt to¡n đề xu§t có thº triºn khai cài đặt tr¶n n·n t£ng công ngh» ph¦n cùng FPGA cho t¿ l» léi b½t (BER: Bit-Error Rate) th§p, x§p x¿ gi¡ trị BER cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u và ti»m cªn đến gi¡ trị BER cõa thuªt to¡n gi£i m¢ Hñp l» cực đại. - Đề xu§t ki¸n trúc ph¦n cùng thực thi thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p tr¶n n·n t£ng công ngh» vi m¤ch ph¦n cùng FPGA đạt thông lượng cao, độ tr¹ xû lý và t¿ l» léi b½t th§p. 3. Đối tượng và ph¤m vi nghi¶n cùu: Đối tượng nghi¶n cùu: - Luªn ¡n tªp trung nghi¶n cùu c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u được thực hi»n trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO. Nghi¶n cùu c¡c kỹ thuªt, gi£i ph¡p chuyºn ti¸p t½n hi»u trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO đã được công bè. Đề xu§t mô h¼nh, thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u hướng tới triºn khai thực thi tr¶n n·n t£ng công
20. 6 ngh» FPGA. - Nghi¶n cùu n·n t£ng công ngh» FPGA, phương ph¡p thi¸t k¸ và thực thi c¡c bë t¡ch và xû lý t½n hi»u tr¶n n·n t£ng công ngh» FPGA. Ph¤m vi nghi¶n cùu: Luªn ¡n tªp trung vào nghi¶n cùu h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO với giới h¤n: - Nghi¶n cùu thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u được sû dụng trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO, tªp trung nghi¶n cùu, đánh gi¡ độ phùc t¤p thuªt to¡n, mèi li¶n h» giúa h» sè ph©m ch§t BER với b¡n k½nh c¦u t¼m ki¸m được lựa chọn, ph¥n bè c¡c điểm nút hñp l» tr¶n c¥y t¼m ki¸m cõa thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u. - Nghi¶n cùu công ngh» FPGA, phương ph¡p thi¸t k¸ ki¸n trúc tèi ưu thực thi c¡c thuªt to¡n đề xu§t tr¶n n·n t£ng công ngh» vi m¤ch ph¦n cùng FPGA. Mô phỏng, đánh gi¡ k¸t qu£ thực thi ki¸n trúc ph¦n cùng cõa c¡c thuªt to¡n đề xu§t theo c¡c tham sè: ph©m ch§t BER, thông lượng h» thèng, đë tr¹ xû lý, tài nguy¶n chi¸m dụng. 4. Nëi dung nghi¶n cùu: Luªn ¡n nghi¶n cùu c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i nút chuyºn ti¸p t½n hi»u trong h» thèng chuyºn ti¸p vô tuy¸n MIMO hai chi·u nh¬m đạt được thông lượng truy·n d¨n cao, hướng tới đề xu§t c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý c£i ti¸n có độ phùc t¤p th§p cho h» sè ph©m ch§t BER ti»m cªn đ¸n BER cõa thuªt to¡n ML. Triºn khai c¡c thuªt to¡n đề xu§t tr¶n ph¦n cùng FPGA và tèi ưu hi»u n«ng để có thº sû dụng tr¶n c¡c tr¤m chuyºn ti¸p vô tuy¸n có tài nguy¶n h¤n ch¸. Đánh gi¡ hi»u n«ng cõa c¡c thuªt to¡n đề xu§t và so s¡nh với c¡c thuªt to¡n phê bi¸n kh¡c. C¡c nëi dung nghi¶n cùu cụ thº như sau: - Nghi¶n cùu c¡c thuªt to¡n t¡ch và xû lý t½n hi»u trong h» thèng thông tin vô tuy¸n MIMO, tªp trung nghi¶n cùu c£i ti¸n thuªt to¡n gi£i m¢ c¦u. - Nghi¶n cùu, đề xu§t thuªt to¡n EHSD (Enhanced Hybrid Sphere Decoding) t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i m¡y thu trong h» thèng MIMO điểm-điểm có độ phùc t¤p th§p. Thuªt to¡n EHSD phù hñp cài đặt tr¶n n·n t£ng công ngh» vi m¤ch ph¦n cùng FPGA. - Nghi¶n cùu, đề xu§t ki¸n trúc ph¦n cùng tèi ưu thực thi thuªt to¡n EHSD t¡ch và xû lý t½n hi»u t¤i m¡y thu trong h» thèng MIMO điểm-điểm tr¶n công ngh» FPGA đảm b£o thông lượng lớn, ph©m ch§t BER cao, tài nguy¶n chi¸m dụng nhỏ, phù hñp cài đặt tr¶n c¡c dáng FPGA thương m¤i hi»n có.