Phân tích hiệu năng hệ thống RIS hỗ trợ Alamouti STBC

Công nghệ bề mặt thông minh có thể tái cấu hình (RIS) đang được xem là một giải pháp tiềm năng cho các hệ thống truyền thông 5G, 6G và tương lai. Bài viết dưới đây giới thiệu nghiên cứu mới từ nhóm các nhà khoa học Việt Nam về việc tích hợp RIS với kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian Alamouti, mở ra hướng đi mới trong nỗ lực tối ưu hóa hiệu suất mạng vô tuyến.

Nhóm nghiên cứu từ Trường Đại học Thông tin liên lạc (Khánh Hòa) gồm các tác giả Ngô Thanh Tùng, Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Đình Long và Trần Mạnh Hoàng đã công bố công trình: "Phân tích hiệu năng hệ thống RIS hỗ trợ Alamouti STBC" tại Hội nghị Quốc gia lần thứ 27 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT 2024).

Nghiên cứu tập trung vào việc kết hợp công nghệ bề mặt thông minh có thể tái cấu hình (RIS) với kỹ thuật mã hóa khối không gian-thời gian Alamouti (STBC), nhằm cải thiện hiệu suất truyền thông trong điều kiện kênh truyền fading Rician và Rayleigh.

Bề mặt thông minh có thể tái cấu hình (RIS) là một thiết bị không thụ động có khả năng tái cấu hình môi trường truyền sóng vô tuyến theo thời gian thực. Khác với các thiết bị truyền thống, RIS có thể điều khiển đường truyền sóng điện từ, giúp cải thiện chất lượng tín hiệu mà không cần tăng công suất phát.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình hệ thống vô tuyến bao gồm một nút nguồn S và một nút đích D, trong đó truyền thông được hỗ trợ bởi một thiết bị RIS. Các mô hình kênh truyền giữa S và D được giả định không khả dụng do khoảng cách hoặc sự che chắn, khiến việc truyền thông trực tiếp không thể thực hiện.

Mô hình hệ thống vô tuyến có hỗ trợ của RIS

Alamouti STBC là kỹ thuật mã hóa không gian-thời gian block được sử dụng phổ biến trong hệ thống MIMO để cải thiện độ tin cậy của truyền thông. Khi kết hợp với RIS, hiệu suất của hệ thống được nâng cao đáng kể.

Nghiên cứu đã chứng minh rằng:

• Kỹ thuật lựa chọn ăng-ten phát kết hợp với RIS giúp giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp của hệ thống
• RIS là một thiết bị không thụ động nên tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp cho các ứng dụng xanh trong viễn thông
• Tỉ lệ lỗi biểu trưng (SER) giảm đáng kể khi sử dụng RIS hỗ trợ Alamouti STBC
• Xác suất đứng (OP) của hệ thống cũng được cải thiện đáng kể

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện mô phỏng hệ thống với 10^7 mẫu, sử dụng phương thức điều chế 4-PSK và 16-PSK. Hệ số Rician (ξ) được thay đổi theo các giá trị 1, 4 và 10 để đánh giá hiệu suất trong các điều kiện kênh truyền khác nhau.

Kết quả mô phỏng cho thấy:

• Tại SNR = 18 dB, với ξ = 1, hiệu suất SER đạt xấp xỉ 10^-2, tương ứng với tỉ lệ lỗi 1%
• Khi tăng ξ lên 10, hiệu suất SER được cải thiện đáng kể, đạt 10^-3 tại SNR = 6 dB
• So với kênh truyền fading thông thường, hệ thống RIS hỗ trợ Alamouti STBC giảm lỗi 3 dB

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng cho việc phát triển các hệ thống truyền thông 5G và 6G trong tương lai. Việc sử dụng RIS để hỗ trợ phương pháp mã hóa Alamouti STBC cho phép:

• Thay đổi linh hoạt cấu trúc ăng-ten phát giúp giảm chi phí cho thiết bị đầu cuối
• Tối ưu hóa hiệu suất truyền thông trong môi trường đô thị phức tạp
• Mở rộng vùng phủ sóng và khai thác được đường truyền LoS, trong khi nhiều ăng-ten khó thực hiện

Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng lớn của việc tích hợp RIS với các kỹ thuật truyền thông hiện đại. Đây có thể là một trong những công nghệ then chốt cho các hệ thống thông tin vô tuyến tương lai.

Xem toàn văn.