เทคนิคการเข้ารหัสด้านหน้าข้อมูลสำหรับระบบ MIMO-OFDM ที่มีความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิกไม่พอเพียง

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอเทคนิคการเข้ารหัสด้านหน้าข้อมูลสำหรับระบบ MIMO-OFDM ที่มีความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิกไม่พอเพียง ซึ่งได้ทำการออกแบบการเข้ารหัสด้านหน้าข้อมูล (Precoder) ที่ด้านส่ง หลักการของ Precoder จะประกอบด้วยวงจร 2 ชุดโดยที่ตัวป้อนไปข้างหน้าซึ่งใช้หลักการแปลงเชิงเส้น (Linear transform) แต่ในส่วนของตัวป้อนกลับจะใช้หลักการป้อนกลับแบบลบ (Negative feedback) ซึ่งโครงสร้างดังกล่าวเป็นโครงสร้างที่ง่ายและไม่ซับซ้อน จากนั้นจะทำการใส่ตัวแปรเสริมไซคลิกและส่งข้อมูลผ่านสายอากาศ MIMO ในช่องสัญญาณที่ไม่อิสระแบบเลือกความถี่และมีการกระจายของแอมพลิจูดแบบราย์เลย์ (Rayleigh Frequency Selective Fading) โดยมีสัญญาณรบกวนสีขาวแบบบวก (Additive White Gaussian Noise) นอกจากนี้จะกำหนดให้ด้านส่งและด้านรับทราบค่าสถานะช่องสัญญาณอย่างสมบูรณ์ (Channel State Information) ภายหลังจากการนำตัวแปรเสริมไซคลิกออกไป โดยใช้เครื่องรับแบบกำจัดค่าศูนย์ (Zero Forcing) จากนั้นที่ด้านรับจะทำการตัดสินใจแบบฮาร์ด (Hard Decision) เพื่อหาค่าอัตราความผิดพลาดบิต ผลการจำลองการทำงานแสดงให้เห็นว่า Precoder สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ทั้งในระบบที่มีความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิกพอเพียงและไม่พอเพียง แต่จากกราฟการกระจายของสัญญาณ (Signal constellation) แสดงให้เห็นว่าระบบ MIMO-OFDM ที่มีการใส่ Precoder ซึ่งมีความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิกพอเพียงมีประสิทธิภาพดีกว่า นอกจากนี้พารามิเตอร์ที่มีผลต่อค่าอัตราความผิดพลาดบิตได้แก่ ความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิก ความยาวของผลตอบสนองของช่องสัญญาณ และจำนวนคลื่นพาห์ย่อย ส่วนหลักความสัมพันธ์ในการเลือกความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิกคือ ความยาวของตัวแปรเสริมไซคลิก (G) น้อยกว่าหรือเท่ากับความยาวของผลตอบสนองของช่องสัญญาณ (L) ซึ่งต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับจำนวนคลื่นพาห์ย่อย (N)

The thesis presented a precoding technique for MIMO-OFDM systems with insufficient cyclic prefix length – a technique which has been designed for precoding at the transmitter. The precoder consisted of 2 parts as follows: a) the feed forward part using the linear transform and b) the negative feedback used for the feedback part. These parts made the structure simple and not complicated. After completing the parts, the cyclic prefix was inserted and transformed through MIMO antenna having independent channel with constant amplitude distribution in Rayleigh Frequency Selective Fading with additive white Gauusian noise. Additionally, the transmitter and receiver, designed to transfer the channel state information after the cyclic prefix, were brought out by using the zero forcing receiver. Lastly, the receiver made hard decision, a complicated analysis, in order to calculate the bit error rate. The result from the demonstration indicated that the precoder was able to both sufficiently and insufficiently implemented the cyclic prefix length. However, the signal constellation of a distribution graph revealed that the MIMO-OFDM system using the procoder with sufficient cyclic prefix length yielded a better result than that of the insufficient one. The parameters affecting the bit error rate were cyclic prefix length, channel impulse response length, and sub-carrier. The criteria to justify the relationship in selecting the length of cyclic prefix was that the cyclic prefix length (G) had to be shorter than or equal to the channel impulse response length (L) which, in the same manner, had to be shorter than or equal to the sub-carrier (N).