Tóm tắt Luận án Một số mô hình kênh không gian và tác động của tương quan không gian trong hệ thống mimo - Ofdma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
NGUYỄN THU NGA 
MỘT SỐ MÔ HÌNH KÊNH KHÔNG GIAN VÀ 
TÁC ĐỘNG CỦA TƢƠNG QUAN KHÔNG GIAN 
TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDMA 
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông 
Mã số: 62520208 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG 
HÀ NỘI - 2016 
Công trình này được hoàn thành tại: 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Đức 
Phản biện 1: 
Phản biện 2: 
Phản biện 3: 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường 
họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
Vào hồi  giờ, ngày. tháng  năm 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
1. Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK Hà Nội 
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
LỜI MỞ ĐẦU 
1. Bối cảnh nghiên cứu 
 Bằng cách kết hợp hai kỹ thuật đa anten phát đa anten thu và ghép kênh phân chia 
tần số trực giao MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency 
Division Multiplexing), hiệu năng của hệ thống truyền thông không dây đã được tăng 
cường do sử dụng phương pháp phân tập tín hiệu truyền trên miền thời gian, tần số và 
không gian. Hệ thống đa anten phát đa anten thu đa truy nhập phân chia theo tần số trực 
giao MIMO-OFDMA (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division 
Multiplex Access) được ứng dụng cho nhiều người dùng bằng cách phân bổ sóng mang 
con khác nhau nhờ việc chống fading chọn lọc tần số. 
2. Lí do lựa chọn đề tài 
 Nghiên cứu chỉ ra rằng, các vấn đề dung lượng kênh truyền hay việc xử lý tín hiệu 
đều do ảnh hưởng của đặc tính tương quan fading lên các kênh truyền. Các mô hình 
kênh thống kê MIMO được phân chia theo mô hình hình học tán xạ như mô hình một 
vòng tròn Onering hoặc các mô hình tham số thống kê dựa trên đo đạc như mô hình 
kênh không gian SCM. Do vậy, việc đặt ra bài toán kết hợp đánh giá chất lượng hệ 
thống ở lớp vật lý kết hợp với cấp phát kênh động ở lớp MAC trên các mô hình kênh có 
ảnh hưởng của tương quan không gian MIMO-OFDMA theo các chuẩn truyền dẫn mới 
là cần thiết. Như vậy, luận án so sánh hai phương pháp mô hình kênh hình học và 
phương pháp mô hình kênh tham số đo đạc: liệu trong điều kiện và môi trường truyền 
dẫn nào thì hai phương pháp mô hình này có thể thay thế cho nhau. Qua các khảo sát đặc 
tính tương quan không gian phụ thuộc vào khoảng cách anten, luận án đánh giá ảnh 
hưởng của nó tới chất lượng của hệ thống MIMO. 
3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án 
Luận án xây dựng mô hình kênh MIMO băng rộng phù hợp với chuẩn LTE-A dưới 
tác động của tương quan không gian. Dựa trên mô hình kênh luận án đề xuất phương 
pháp đánh giá chất lượng hệ thống ở lớp vật lý kết hợp cấp phát kênh động trên lớp 
MAC trong điều kiện kênh có sự thay đổi tương quan không gian trên hai phương pháp 
mô hình kênh đã xét. Để thực hiện tối ưu cách làm thông thường là mô phỏng vét cạn 
các trường hợp để đưa ra sự đánh giá chính xác và đáng tin. Luận án đã chỉ rõ sự liên hệ 
về các đặc tính tương quan của kênh truyền với chất lượng hệ thống với các hàm toán 
học có thể mô hình được bằng giải tích và các đại lượng phi tuyến không thể mô hình 
được. Đây là kết quả có ý nghĩa giúp các nhà khoa học tiên lượng được kết quả của hệ 
thống. 
4. Tổng quan tình hình nghiên cứu về mô hình kênh MIMO và ảnh hƣởng của 
đặc tính tƣơng quan không gian kênh truyền đến chất lƣợng hệ thống MIMO-
OFDMA 
5. Các vấn đề cần giải quyết của luận án 
 Luận án khảo sát và so sánh hàm tương quan không gian của hai phương pháp mô 
hình kênh hình học một vòng tròn và mô hình tham số đo đạc không gian SCM. Điều 
2 
này dẫn tới mô hình hình học đơn giản có thể thay thế cho mô hình tham số đo đạc trong 
điều kiện đặc biệt và đề xuất cho các môi trường truyền dẫn cho các mô hình kênh. Tiếp 
theo luận án đề xuất đánh giá chất lượng hệ thống MIMO khi sử dụng các phương pháp 
mã khối trên các mô hình kênh có ảnh hưởng của tương quan không gian MIMO-
OFDM. Cuối cùng, trong hệ thống có ảnh hưởng của tương quan không gian MIMO-
OFDMA, luận án đánh giá chất lượng hệ thống ớ lớp MAC và đề xuất tổ hợp mã hóa. 
Các đóng góp chính của luận án có thể được tóm lược như sau: 
Đóng góp 1: So sánh và đánh giá hiệu năng và khả năng ứng dụng của phương pháp 
mô hình tham số đo đạc không gian SCM và mô hình kênh hình học Onering cho hệ 
thống thông tin di động để đưa ra các trường hợp sử dụng mô hình Onering thay thế cho 
SCM. Đóng góp 2: Thông qua kết quả phân tích lý thuyết khảo sát hàm tương quan 
không gian và mô phỏng hệ thống thống thông qua tỉ số lỗi ký tự SER, luận án đề xuất 
các bộ tham số tối ưu về khoảng cách anten phát và thu để tối ưu chất lượng hệ thống 
MIMO-OFDM sử dụng các kỹ thuật mã hóa kênh. Đóng góp 3: Trên cơ sở xem xét các 
giải pháp mã hóa lớp vật lý, luận án xem xét tiếp tác động tương quan không gian đối 
với lớp MAC của hệ thống MIMO-OFDMA cấp phát kênh động. Đóng góp 4: Đề xuất 
sử dụng tổ hợp SFBC-MMSE cho hệ thống đa người sử dụng MIMO-OFDMA trên các 
mô hình kênh tương quan không gian. 
6. Những giới hạn trong các nghiên cứu của luận án 
 Vấn đề đồng bộ coi như là lí tưởng trong cả trường hợp đường lên và đường xuống. 
Thông tin kênh truyền ở phía thu là lý tưởng. Trong một cell thì ảnh hưởng của nhiễu 
đồng kênh là không có. 
7. Phƣơng pháp nghiên cứu 
Phương pháp tính toán giải tích được áp dụng để phân tích các phương trình toán 
học. Phương pháp Monte Carlo sử dụng mô phỏng Matlab cũng được sử dụng để mô 
phỏng hệ thống và tìm hiệu năng của hệ thống. 
8. Bố cục của luận án: 
Luận án gồm 4 chương: Chương 1: Phân tích đặc tính tương quan không gian và các 
phương pháp phỏng tạo kênh MIMO. Chương 2: Đánh giá ảnh hưởng của đặc tính 
tương quan không gian với hệ thống MIMO-OFDM dựa trên các mô hình kênh 
truyền.Chương 3: Đánh giá chất lượng của thuật toán triệt nhiễu VBLAST-ZF trên các 
mô hình kênh tương quan không gian MIMO-OFDMA.Chương 4: Đề xuất sử dụng tổ 
hợp mã hoá SFBC-MMSE dựa trên đặc tính tương quan không gian MIMO-OFDMA. 
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH TƯƠNG QUAN KHÔNG GIAN VÀ 
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỎNG TẠO KÊNH 
1.1 Biểu diễn toán học của ma trận tƣơng quan kênh MIMO 
1.2 Các phƣơng pháp phỏng tạo kênh 
1.2.1 Mô hình kênh hình học tán xạ một vòng tròn Onering 
Mô hình một vòng tròn Onering là mô hình ngẫu nhiên dựa trên đặc tính hình học. 
Các điểm tán xạ phân bố ngẫu nhiên sau đó sẽ được xếp lên vòng tròn tán xạ bán kính 
xung quanh thiết bị di động mục đích là để tạo ra các thời gian trễ truyền dẫn. Mô hình 
3 
Onering mở rộng hình 1.2 cho hệ thống MIMO- OFDM với chuẩn ô tô trên đường 
Vehicular A (EVA) - ITU trong điều kiện thông tin trạng thái kênh hoàn hảo. Trong đó 
đại lượng 
 được gọi là góc trải nhìn từ BS, khoảng cách giữa các phần tử anten bên 
BS và MS lần lượt là . Hệ số là các góc ngẩng anten bên phía thuê bao 
MS và trạm gốc BS. Đại lượng 
 là góc tới của đường tới thứ n bên MS, tương ứng 
như vậy, ta có góc đi 
 là góc đi lớn nhất bên BS; đại lượng là góc dịch 
chuyển bên phía MS. 
x
D R
sd 
ud 
v
MS 
v 
MS
nBS
BS
n
BS
max
nS
𝜑ℒ 
−𝜑ℒ 
𝜑ℒ−1 
−𝜑ℒ−1 
𝐼ℒ 
𝐼ℒ 
𝐼ℒ−1 
𝐼ℒ−1 
𝐼1 
𝐼1 
𝜑1 
−𝜑1 
𝑦 
Hình 1.2 Mô hình kênh Onering 
 Hàm tương quan không gian- thời gian- tần số của kênh MIMO 2 × 2 như sau: 
 ( ) 
∑
ℒ
∑(
 ( 
[ ( ) 
 ( ) ( 
 )]*
 ( 
 ( 
 − )*
,
 [ ( )] 
(1.10) 
Khi ta có hàm tương quan chéo không gian - tần số của kênh MIMO 2× 2 như 
sau: 
 ( )
 ∑
∑(
 ( 
[ ( ) 
 ( ) ( 
 )]*
 ( 
 ( 
 − )*
,
ℒ
 [ ] 
(1.13) 
Khoảng cách giữa các phần tử anten bên BS và MS lần lượt là ; là các 
góc ngẩng anten bên MS và BS. Đại lượng 
 là góc tới hoặc góc đi của đường 
tới thứ n bên MS hoặc bên BS. 
 là nửa góc đi lớn nhất bên BS. 
1.2.2 Mô hình kênh tham số đo đạc không gian SCM 
Mô hình không gian SCM là mô hình tham số ngẫu nhiên đo đạc. Phương pháp tham 
số có thể loại bỏ hoàn toàn tán xạ khỏi việc tổng hợp mô hình, khi đó các thành phần đa 
đường truyền không liên quan tới các điểm tán xạ nhưng lại tạo ra một miền các giá trị 
4 
tham số ngẫu nhiên. Mô hình kênh không gian SCM theo chuẩn 3GPP được xây dựng 
cho các mô phỏng mạng thế hệ thứ ba băng thông 5 MHz trong 3 môi trường ngoại ô, đô 
thị lớn và đô thị nhỏ trong hình 1.5. 
BS array broadside
MS array broadside
N
MS array
Subpath m
N
BS array
Cluster n
Hình 1.5 Thông số góc của BS và MS của mô hình SCM [1] 
 : Hướng chùm anten bên BS hoặc MS; : Góc đi AoD hoặc góc tới AoA 
so với phương ngang chùm anten bên BS hoặc bên MS; , : Góc đi AoD 
hoặc góc tới AoA cho đường thứ n bên BS hoặc MS; :Góc lệch của 
đường con thứ m bên BS, MS; , : Góc đi AoD hoặc góc tới AoA của 
đường con thứ m bên BS hoặc MS. 
Hàm tương quan không gian- thời gian-tần số của kênh MIMO 2 × 2 như sau 
 ( ) 〈 ( ) 
 ( )〉
 ∑
∑ {
 ( ( )) 
 ( ( )) 
 [ ‖ ‖ ( − ) ]
}
 (− ) 
(1.19) 
Nếu thiết lập Δds = Δdu = 0 và thì hàm tự tương quan thời gian của kênh 
TCF (Temporal Correlation Function) là: 
 ( ) ∑
∑ ( ‖ ‖ ( − ) )
(1.20) 
Thiết lập và , hàm tương quan chéo không gian của kênh MIMO băng 
rộng được đưa ra như sau: 
 ( ) = ∑
 ∑ {
 ( ( )) 
 ( ( ))
} (1.21) 
1.3 Đặc tính tƣơng quan không gian của mô hình tham số đo đạc SCM trong hệ 
thống 2*2 MIMO 
1.3.1 Mô hình kênh truyền không có tín hiệu truyền thẳng NLOS 
5 
 Luận án so sánh đồ thị tương quan không gian chéo mô hình SCM bên MS 
 ( ) hình 1.14 trong luận án với hình 1.15 được chép y nguyên trong 
bài báo của Cheng Xiang. Ta có thể thấy đồ thị hàm tương quan không gian chéo bên 
MS của luận án có dạng giống với đồ thị tương quan không gian của tác giả Cheng-
Xiang. Vì vậy việc mô phỏng và đánh giá hàm tương quan không gian chéo của mô hình 
kênh SCM trong luận án này là có thể tin cậy được. 
Hình 1.14 Hàm tương quan không 
gian chéo bên MS khi mô 
hình kênh SCM trong luận án 
Hình 1.15 Hàm tương quan không gian chéo 
bên MS của mô hình kênh SCM khi 
 của Cheng-Xiang 
1.3.1.1 Đặc tính hàm tương quan không gian bên thu theo các phân bố của góc AoA 
1.3.1.2 Đặc tính hàm tương quan không gian bên phát theo các phân bố của góc AoD 
1.3.1.3 Hàm tương quan không gian hai chiều khi không có tín hiệu tầm nhìn thẳng 
1.3.1.4 Hàm tự tương quan thời gian TCF 
1.3.1.5 Đặc tính hàm tương quan tần số FCF 
Hình 1.20 Hàm FCF của mô hình Onering Hình 1.21 Hàm FCF của mô hình SCM 
0 0.5 1 1.5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Khoang cach anten ben MS d
u
/
G
ia
 t
ri
 h
a
m
 k
h
o
n
g
 g
ia
n
 C
C
F
Ham tuong quan cheo ben MS r
11,22
 voi d
s
 = 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
 f theo MHz
T
u
o
n
g
 q
u
a
n
 t
a
n
 s
o
 R
( 
 f
)
Tuong quan tan so Onering LTE-A
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
 f theo MHz
T
u
o
n
g
 q
u
a
n
 t
a
n
 s
o
 R
( 
 f
)
Tuong quan tan so SCM LTE-A
6 
Do vậy ta có thể biểu diễn hàm FCF như trong hình 1.20-1.21 ta nhận thấy hai đồ thị 
có dạng tương đối gần giống nhau, các điểm cực tiểu có sự sai khác theo . Điểm 
tương quan tần số lớn nhất bằng 1 tại giá trị trục hoành 
1.3.2 Mô hình kênh truyền có tín hiệu tầm nhìn thẳng LOS 
 Sự thay đổi về pha trên mỗi đường truyền tầm nhìn thẳng giữa các anten khác nhau 
phải tính đến mô hình fading Rician trên kênh MIMO. Hàm tương quan chéo của kênh 
MIMO băng rộng được tính như sau: 
 ( ) ∑
∑ {
 ( ( ))
 ( ( ))
}
{
 ( ( ))
 ( ( ))
} 
(1.45) 
1.3.2.1 Đặc tính hàm tương quan không gian bên thu theo các phân bố của góc AoA 
1.3.2.2 Đặc tính hàm tương quan không gian bên phát theo các phân bố của góc AoD 
1.3.2.3 Hàm tương quan hai chiều khi có tín hiệu tầm nhìn thẳng 
1.4 So sánh đặc tính tƣơng quan không gian trên mô hình kênh không gian SCM 
và mô hình kênh hình học một vòng tròn Onering chuẩn LTE-A 
 Luận án so sánh hai mô hình Onering và mô hình SCM theo chuẩn LTE-A, với cùng 
điều kiện đầu vào trong trường hợp đặc biệt khi hai anten bên phát/ thu song song với 
nhau và vuông góc với phương ngang ta có mô hình hình học trong hình 1.35. Hàm 
tương quan không gian cho mô hình Onering và so sánh với công thức của mô hình 
SCM, công thức (1.25) cho thấy hai hàm có sự sai khác bởi các góc lệch của đường phụ 
so với đường chính tại cả hai bên phát và thu là các giá trị góc . Trong 
trường hợp 
 hàm tương quan không gian - tần số cho mô hình Onering 
được viết như sau: 
 ( )
 ∑
∑
(
 ( 
 ( − )+
 ( 
 ( − )*
)
 [ ] 
(1.60) 
7 
y
x
 AoAn,

MS
n
 BS
 MS
ud 
sd 

BS
n
Hình 1.35 Mô hình Onering trong điều kiện dàn anten 
Hình 1.36 - 1.37 là hàm tương quan không gian bên BS với du = 0.5λ, và MS với ds= 
10λ Hình 1.38 - 1.39 là các hàm 
 ( ) hàm 
 ( ) bên 
MS và bên BS. Với ds = 0, đồ thị hàm tương quan điểm tối ưu khoảng 0.4λ, khi du = 0 
đồ thị hàm tương quan có điểm tối ưu khoảng 11λ. Bảng 1.5 là các thông số đầu vào của 
hai mô hình kênh. 
Bảng 1.5 Thông số khi so sánh hai mô hình theo chuẩn LTE-A 
Băng thông B 5MHz 
Tần số lấy mẫu fs 7.68MHz 
Trễ truyền dẫn lớn nhất 2473.96 ns 
Tần số Doppler 70Hz 
Tốc độ 30 km/h tại tần số 2GHz 
Số điểm tán xạ của Onering 80 
SCM có đường chính, mỗi đường chính có 
đường thành phần 
Góc ngẩng tối đa bên BS 
 2
o 
Khoảng cách phần tử anten bên BS, bên MS 
Hình 1.36 Hàm tương quan không gian 
chéo 
 ( ) 
Hình 1.37 Hàm tương quan không gian 
chéo 
 ( ) 
8 
Hình 1.38 Hàm tương quan không gian 
chéo 
 ( ) 
Hình 1.39 Hàm tương quan không gian 
chéo 
 ( ) 
Khi anten bên MS và bên BS di chuyển tạo thành các góc αBS và αBS, mối quan hệ góc so 
sánh hai mô hình hình học như trong hình 1.40. 
MS 
MS
n
AoAmn ,,
AoDmn ,,
BS MS

AoDn, AoAn,
AoAmn ,, 
AoDmn ,, 
BS
max
Hình 1.40 Mô hình hình học khi anten di chuyển 
 Hàm tương quan không gian - tần số của Onering được viết lại như sau: 
 ( ) 
 ∑
∑
(
 ( 
[ ( ) ( ) ( − − )]*
 ( 
 ( − )*
,
 [ ]
 (1.64) 
So sánh với hàm tương quan không gian chéo của SCM, ta thấy hai hàm có sự sai 
khác bởi các góc lệch của đường phụ với đường chính bên BS và MS: 
 và góc lệch của anten . 
a. Khi anten BS góc 90o anten MS nghiêng góc 45o so với phương ngang 
9 
b. Khi anten bên BS và MS nghiêng 30o so với phương ngang 
 Đồ thị hình 1.45-1.46, hình 1.51 -1.52, hình 1.57 -1.58 là đồ thị các hàm tương 
quan không gian hai bên BS và MS. Khi thì điểm tối ưu về khoảng 
cách anten bên BS của Onering lên tới còn mô hình SCM thì 
 . Trong khi đó tương quan bên MS khi thì đồ thị 
tương quan ít có sự thay đổi đáng kể và các điểm tối ưu về khoảng cách anten 
 . 
c. Khi anten BS nghiêng góc 30o và anten MS vuông góc với phương ngang 
Ta có thể thấy việc các anten bên phía trạm phát BS di chuyển ảnh hưởng lớn đến các 
hàm tương quan, do vậy ảnh hưởng tới hiệu năng của hệ thống. Bảng 1.7 so sánh các 
tham số góc đầu vào của hai mô hình. Mô hình không gian SCM có hơn hai bậc tự do so 
với mô hình Onering. Như vậy, với các điều kiện đầu giống nhau thì các hàm tương  ... g nhau thì các hàm tương quan không gian bên 
phát và bên thu của hai mô hình SCM và một vòng tròn tương đối giống nhau. Với mô 
hình Onering, với điều kiện là R , ta có thể bớt được hai tham số góc là bậc tự do, 
không phải thực hiện đo nhưng đổi lại là hàm tương quan không còn chính xác trong 
một số điều kiện truyền dẫn và phải thay thế bởi mô hình hình học khác như mô hình hai 
vòng tròn hay mô hình ellipse. Với mô hình không gian SCM, do phải đo trên thực tế 
nên các hàm tương quan không gian có được là chính xác trong môi trường đã đo tuy 
nhiên mô hình lại không thể mở rộng cho tất cả các môi trường còn lại. 
Các kết quả phân tích và so sánh hai loại mô hình này theo hiểu biết của NCS là 
chưa được thực hiện ở bất kỳ nghiên cứu nào trên thế giới. Các kết quả phân tích và so 
sánh này giúp các nhà khoa học lựa chọn phương pháp mô hình kênh phù hợp cho từng 
trường hợp môi trường truyền dẫn. 
 Mô hình truyền không thẳng NLOS Mô hình truyền thẳng LOS 
Chuẩn LTE đường 
xuống 
Băng thông 5MHz Băng thông 5MHz 
Tham số khoảng cách 
anten theo 3GPP 
 ; =10 /4 /0.5 
Đặc tính tương quan bên phát (BS) 
 ( ) của góc AoD theo các phân bố 
Phân bố Gauss ( 
 ) ( 
 ) 
Phân bố Uniform (− ) 
Hàm tham chiếu tính 
trực tiếp từ công thức 
tương quan 
 [−
( )
] 
 [ ]
 [−
( )
] 
 [ ( )] 
Đặc tính tương quan bên thu (MS) 
 ( ) của góc AoA theo các phân bố 
Hàm Bessel ( ) 
 ( ) 
Phân bố Uniform ( ) (− ) 
Phân bố Gauss 
( 
 ), 
( 
 ) 
Hàm tương quan 
không gian hai chiều 
V V 
21 
Kết luận 1: Các kết quả mô phỏng của hai mô hình có thể cho ta những bộ tham số tối 
ưu bên bên phía thiết bị di động MS và phía trạm gốc BS lần lượt như sau: 
Kết luận 2: Khi so sánh với cùng điều kiện về kênh truyền, sự sắp xếp anten và so sánh 
tham số hệ thống thì đặc tính tương quan của hai mô hình là gần giống nhau, đặc biệt là 
trong trường hợp dàn hai anten trạm gốc là vuông góc đường nối tâm hai hệ anten. Vì 
vậy trong trường hợp này thì luận án đề xuất sử dụng mô hình Onering vì tính chất đơn 
giản của nó. Trong trường hợp các anten bên phía trạm gốc dịch chuyển thì các hàm 
tương quan có sự dịch chuyển đối với nhau, khi đó luận án đề xuất sử dụng mô hình 
SCM vì tính chất gần thực tế do sử dụng nhiều bộ tham số mô phỏng. 
Kết luận 3: Trong trường hợp hai mô hình có các điều kiện đầu vào khác nhau thì tương 
quan không gian hai mô hình sẽ khác nhau, việc chọn lựa các mô hình phù hợp sẽ theo 
các phân tích về ưu nhược điểm của từng mô hình. Trong trường hợp truyền tín hiệu 
thẳng LOS, lúc này đường truyền trực tiếp chiếm công suất lớn so với quỹ công suất 
chung, mô hình Onering phải chuyển sang mô hình hình học khác. Bảng phân tích khả 
năng ứng dụng của hai mô hình kênh (Y: sử dụng, N: không sử dụng). 
Bảng 1.8 Phạm vi sử dụng của hai phương pháp mô hình kênh 
Môi trường Thông số SCM-
NLOS 
SCM-
LOS 
OR-
NLOS 
OR-LOS 
Suburbanma
cro 
 Y N Y N 
Urban macro Y N Y N 
Urban micro Y Y Y N Tworing 
Typical 
urban 
 ; R=312m 
N N N N 
Rural Area 
 ; R= 79.2m 
N N Y N 
Hilly Terrain 
 ; R=2702m 
N 
N N N 
Indoor 
 ; R=7.2m 
N N N N Ellipse 
Từ các phân tích ở trên, luận án có đưa ra những tổng quát chung nhất về sự so sánh của 
hai mô hình một vòng tròn và mô hình không gian SCM. 
a. So sánh 2 mô hình theo tham số hệ thống bằng cách thay đổi các bộ tham số 
khoảng cách anten của hai mô hình thì thấy rằng hàm tương quan không gian có 
tính chất giống nhau trong bảng 1.9 
 Bảng 1.9 So sánh hai mô hình theo tham số hệ thống 
Mô hình SCM , , , 
Mô hình OR 
Tham số hệ 
thống 
Hằng số cho trước 
trong bảng 
Biến ngẫu nhiên tuân 
theo quy luật phân bố 
Giá trị ngẫu nhiên 
xác định 
b. Cách thực hiện của hai mô hình 
22 
Với mô hình Onering việc xây dựng mô hình được bắt đầu bởi việc đo các giá trị trải 
trễ của mỗi đường truyền và đưa ra hàm công suất trễ của kênh. Từ đó có thể suy ra gần 
đúng các điểm tán xạ và thiết lập lên vòng tròn tán xạ bán kính R. Từ vòng tròn tán xạ 
bán kính R với điều kiện ta sẽ thực hiện đánh giá đặc tính tương quan không gian 
của các cặp anten hai bên phát thu. Với mô hình SCM, việc xây dựng mô hình được bắt 
đầu bởi việc đo các hàm công suất trễ của kênh truyền, sau đó sẽ thực hiện đo các điểm 
tán xạ và các góc tán xạ của tuyến con, rồi cuối cùng thực hiện đánh giá đặc tính tương 
quan không gian của các cặp anten bên phát thu. Các hàm tương quan không gian dựa 
trên kết quả đo sẽ cho kết quả chính xác phù hợp với môi trường khảo sát đo. 
c. Ƣu nhƣợc điểm của hai mô hình 
Onering không phải thực hiện đo các điểm tán xạ nhưng đổi lại là hàm tương quan 
không còn chính xác trong một số điều kiện truyền dẫn và phải mở rộng sang các mô 
hình hình học khác. Với mô hình không gian SCM, do phải đo đạc trên thực tế nên các 
hàm tương quan không gian có được là chính xác trong môi trường đã đo tuy nhiên mô 
hình lại không thể mở rộng cho tất cả các môi trường còn lại. SCM có bộ tham số phức 
tạp, có nhiều hơn 2 tham số bậc tự do so với mô hình một vòng tròn, vì vậy khó có sự 
liên kết giữa các kết quả mô phỏng và phân tích lý thuyết tính toán. 
Đóng góp 2: Dựa trên kết quả phân tích lý thuyết của đặc tính tƣơng quan 
không gian và kết quả mô phỏng hệ thống thông qua chỉ tiêu mô phỏng chất lƣợng 
hệ thống SER, luận án đề xuất các bộ tham số về khoảng cách anten phát và thu 
cho hệ thống MIMO-OFDM sử dụng các kỹ thuật mã hóa kênh khác nhau trên mô 
hình kênh tham số đo đạc không gian SCM và mô hình kênh hình học tán xạ một 
vòng tròn Onering. 
Các bài toán tối ưu hệ thống ở lớp vật lý là rất phức tạp, không thể đưa ra lời giải 
tường minh bằng các phương pháp giải tích. Cách làm thông thường là mô phỏng vét 
cạn tất cả các trường hợp để đưa ra sự đánh giá chính xác và đáng tin. Dựa trên hệ thống 
tương quan MIMO-OFDM, quá trình mã hóa được thực hiện bởi các kỹ thuật mã hóa và 
xử lý tín hiệu không gian thời gian như các mã không gian–tần số/thời gian SFBC, 
STBC hay giải thuật VBLAST kết hợp với các bộ cân bằng kênh. 
Với mục đích nâng cao hiệu năng của hệ thống và giảm thiểu tỉ lệ lỗi ký tự của tín 
hiệu trên đường truyền, mã SFBC luôn có ưu thế hơn so với mã còn lại. Ta thấy rằng 
hiệu năng hệ thống được cải thiện khi tăng khoảng cách giữa các phần tử anten, đặc biệt 
là bên trạm phát. Từ các kết quả mô phỏng ta có thể nhận xét rằng, trong hệ thống 
MIMO có tương quan khi di chuyển với tốc độ hoặc với tốc độ cao thì hiệu 
năng của mã SFBC tốt hơn mà STBC do SFBC tận dụng được đặc tính phân tập trên 
miền tần số. Vì vậy bằng việc điều chỉnh hệ số tương quan của hệ thống MIMO, cụ thể 
là sử dụng bộ tham số tương quan tối ưu ( ) ta có thể lựa chọn 
SFBC là mã ít bị chịu ảnh hưởng bởi tương quan không gian nhất trong các kỹ thuật mã 
hóa và xử lý tín hiệu trong hệ thống MIMO-OFDM . Bảng 2.4 thống kê lại các 
tham số và tổ hợp mã hoá được mô phỏng trong chương 2. Do không thể khảo sát tất cả 
các tham số khoảng cách anten bên phát và bên thu nên luận án thực hiện khảo sát với 
bộ thông số tối ưu đã trình bày trong chương 1. 
23 
Bảng 2.4 Thống kê tham số và tổ hợp mã hoá 
Đóng góp 3: Trên cơ sở xem xét các giải pháp mã hóa lớp vật lý, luận án xem 
xét tiếp tác động tƣơng quan không gian đối với lớp MAC của hệ thống MIMO-
OFDMA cấp phát kênh động 
Kết quả nghiên cứu chỉ ra với giả thiết không có sự can nhiễu ICI và MAI, chất 
lượng hệ thống được cải thiện khi số lượng người dùng tăng lên cho đến một giá trị bão 
hòa. Kết quả có được cũng là do sự phân tập kênh truyền được tận dụng hiệu quả thông 
qua thuật toán cấp phát kênh khi số lượng người dùng tăng lên. 
Các kết quả nghiên cứu trước đây ít đề cập đến mối liên hệ này, cụ thể nếu các đặc 
tính phân tập của kênh truyền trong môi trường người sử dụng được tận dụng, thì chính 
các đặc tính phân tập này sẽ làm cải thiện chất lượng hệ thống. Từ MIMO-OFDM, luận 
án tiếp tục mở rộng sang hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA 2 anten phát 2 anten 
thu. Luận án sử dụng giải thuật VBLAST–ZF trên mô hình kênh phân tập không gian 
SCM và mô hình kênh Onering có ảnh hưởng của các hệ số tương quan không gian 
trong hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phương pháp cấp phát kênh động. 
VBLAST-ZF thực hiện triệt nhiễu theo quá trình lặp loại bỏ các giá trị nhiễu trên các 
lớp. Kết hợp với phương pháp cấp phát kênh động, VBLAST-ZF cho hiệu năng hệ 
thống tốt hơn trong trường hợp chỉ sử dụng một bộ cân bằng kênh ZF/MMSE trên các 
mô hình kênh tương quan. 
Ta có thể thấy việc áp dụng các tổ hợp mã hoá trên các mô hình kênh có ảnh hưởng 
của tương quan không gian khi áp dụng thuật toán cấp phát kênh động DCA [42] thì 
không thay đổi các tính chất về hệ thống, số lượng người dùng và số lượng ký tự trong 
khung MAC như các kết quả trong [42]. Mặt khác, khi so sánh các kết quả trong hai mô 
hình kênh, ta thấy các nhóm kết quả của mô hình Onering có tỉ lệ lỗi ký tự lớn. Ta có thể 
nói các trường hợp sử dụng mô hình SCM gần thực tế hơn mô hình hình học tán xạ 
Onering. 
Dựa trên ưu thế về cải thiện hiệu năng hệ thống như đã khảo sát trong chương trước, 
luận án đưa mã SFBC vào hệ thống đa truy nhập trên mô hình kênh SCM có ảnh hưởng 
của hệ số tương quan không gian. Việc kết hợp giữa mã SFBC và thuật toán triệt nhiễu 
Mô hình khảo sát Mô hình SCM-NLOS Mô hình SCM-LOS Mô hình Onering 
Tham số khoảng 
cách anten tối ưu 
bên phát và bên thu 
Hiệu năng hệ thống hầu 
như không phụ thuộc vào 
tương quan không gian 
Môi trường khảo 
sát 
Ngoại ô, đô thị lớn và 
đô thị nhỏ 
Đô thị nhỏ Ngoại ô 
Kỹ thuật xử lý tín 
hiệu và mã hóa 
trong hệ thống 
SFBC, STBC, 
VBLAST 
SFBC, STBC SFBC, STBC, 
VBLAST 
Hiệu năng hệ thống 
tốt nhất khi sử 
dụng mã hóa 
Mã SFBC trong điều 
kiện tối ưu khoảng 
cách anten bên phát 
và bên thu 
Mã SFBC trong điều 
kiện tối ưu khoảng cách 
anten bên phát và bên thu 
Mã SFBC trong 
điều kiện tối ưu 
khoảng cách anten 
bên phát và bên thu 
24 
VBLAST-ZF cho ta tổ hợp SFBC-VBLAST-ZF. Với sự kết hợp này, hiệu năng hệ 
thống tăng và tỉ lệ lỗi ký tự giảm trong tất cả các môi trường ngoại ô, đô thị lớn và đô thị 
nhỏ của 3GPP. Kết quả chỉ ra rằng các kênh có hệ số tương quan càng nhỏ thì hiệu năng 
của hệ thống sử dụng các tổ hợp mã hóa triệt nhiễu càng cao. 
Quá trình đa truy nhập được thể hiện vào số lượng các người dùng truy nhập vào hệ 
thống.Với phương thức cấp phát kênh động và tổ hợp mã hóa- triệt nhiễu đề xuất, số 
lượng người dùng trong khung MAC tăng đến một giá trị nhất định thì hiệu năng hệ 
thống cũng được cải thiện rõ rệt. Sau đó nếu tiếp tục tăng số thuê bao thì giá trị tối ưu 
này không tăng thêm nữa. Mặc dù hiệu quả của thuật toán có sự cải thiện không đáng kể 
tuy nhiên việc sử dụng bộ triệt nhiễu VBLAST rõ ràng làm tăng tính phức tạp và tốn 
kém cho hệ thống. 
Đóng góp 4: Luận án đề xuất tổ hợp SFBC- MMSE trên mô hình kênh phân tập 
không gian SCM và mô hình kênh Onering có ảnh hƣởng của các hệ số tƣơng quan 
không gian trong hệ thống đa truy nhập MIMO-OFDMA kết hợp phƣơng pháp 
cấp phát kênh động 
Do phương pháp triệt nhiễu VBLAST thực hiện với từng lớp, bước lặp lớn và độ 
phức tạp của thuật toán lớn. Bộ cân bằng MMSE nén các thành phần nhiễu, loại bỏ 
nhiễu và tiếng ồn tốt hơn bộ cân bằng ZF. Từ các kết quả mô phỏng, ta có thể thấy tổ 
hợp SFBC-MMSE cải thiện hiệu năng hệ thống tốt hơn so với tổ hợp SFBC-VBLAST-
ZF dựa trên phương pháp cấp phát kênh của tác giả [42] đề xuất. Mặc dù hiệu quả của 
việc cải thiện không cao tuy nhiên lại tránh được độ phức tạp cũng như tốn kém về chi 
phí do không phải sử dụng bộ VBLAST. Luận án cũng lí giải được việc tăng số lượng 
thuê bao trong các điều kiện kênh tương quan và không tương quan. 
Một lần nữa trong chương cuối của luận án, tổ hợp đề xuất SFBC-MMSE trên các 
mô hình kênh có ảnh hưởng của tương quan không gian khi áp dụng thuật toán cấp phát 
kênh động DCA [42] thì hoàn toàn không thay đổi các tính chất về kênh như các kết quả 
trong [42]. Mặt khác, các nhóm kết quả đạt được tỉ lệ lỗi kí tự thấp là của mô hình SCM 
do mô hình SCM là mô hình thực nghiệm dựa trên các kết quả đo nên mô hình có tính 
chính xác cao hơn. Các trường hợp sử dụng mô hình một vòng tròn Onering có thể cho 
rằng đó là các kết quả xấu hơn do mô hình Onering là mô hình hình học tán xạ. 
 Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài sẽ là các vấn đề của mạng adhoc MIMO-
OFDMA, tức là các node mạng (các thuê bao) dưới dạng node ẩn và node hiện sẽ thực 
hiện liên kết với nhau trên mô hình kênh không gian có ảnh hưởng của fading và đa 
đường truyền. 
25 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
Bài báo hội thảo quốc tế: 
1. Nguyen Canh Thuong, Nguyen Van Duc, PhuongDang, Luong PhamVan, Nguyen 
Thu Nga, and Mathias Patzold, (2012), “A performance study of LTE MIMO-
OFDM systems using the extended one-ring MIMO channel model” in 
International Conference of Advanced Technologies for Communications, pp. 263–
268, Oct. 2012. 
2. Nga Nguyen, Bach Tran, Quoc Khuong Nguyen, Van Duc Nguyen, and 
Byeungwoo Jeon, (2014), “An Investigation of the Spatial Correlation Influence on 
Coded MIMO-OFDM system” in International Conference on Ubiquitous 
Information Management and Communications (IMCOM), vol. 3. 
3. Thu Nga Nguyen, Xuan Lai, Bach Tran, Quoc Khuong Nguyen, Trung Dung 
Nguyen, and Van Duc Nguyen, (2014), “Performance Analysis of the VBLAST 
Algorithm for MIMO-OFDMA Systems on Spatial Correlated Channels” in 
International Conference of Computing, Management and Telecommunications 
(Com Man Tel). 
4. Thu Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “A code scheme 
SFBC on 3GPP Channel Model in Correlated MIMO-OFDMA system”, in The 
International Conferences on Advanced Technologies for Communications (ATC 
2014), pp. 1–6. 
5. Bach Tran, Nga Nguyen, Van Duc Nguyen, and Byeungwoo Jeon, (2016), 
“Influence of the spatial correlation properties on coded MIMO-OFDM system 
performance based on SCM in Urban Microcell environment”, in International 
Conference on Ubiquitous Information Management and Communications 
(IMCOM). 
Tạp chí các trƣờng Đại học Khoa học và Kỹ thuật: 
6. Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “The correlation properities 
of spatial and Onering channel Model”, in Journal of Science and Technology 
Technique Universities, Vol.101, no. ISSN 0868–3980, pp. 111–117. 
7. Nga Nguyen, Bach Tran, and Van Duc Nguyen, (2014), “A comparision of 3GPP 
and geometrical channel models on correlated MIMO-OFDMA system” in Journal 
of Science and Technology Technique Universities, Vol 102, no. ISSN 0868–3980, 
pp. 43–49. 
Tạp chí Wireless Communication and Mobile Computing (SCE - IF:0.922) 
NCS đã được chấp nhận bài báo đăng tạp chí WCM ID 2730 và đang trong quá 
trình xuất bản 
8. Thu Nga Nguyen, Van Duc Nguyen, (2016), “A performance comparison of the 
SCM and the Onering channel modeling method for MIMO-OFDMA systems", in 
Journal of Wireless Communication and Mobile Computing.