Tiêu đề: Một số khái niệm cơ bản trong hệ thống MIMO.
1.1 Tài nguyên truyền dẫn. Tài nguyên truyền dẫn được chia thành hai loại: "không gian" và "thời gian". Trong chiều "không gian", đơn vị rời rạc được coi là "anten", còn trong chiều "thời gian" đơn vị rời rạc được coi là " chu kỳ ký hiệu" hay "thời gian ký hiệu". Sự khác biệt căn bản giữa hai kích thước này là kích thước thời gian về căn bản là trực giao trong khi đó kích thước không gian các ký hiệu được phát đồng thời từ các anten đồng kênh gây nhiễu cho nhau 1.2 Trực giao cơ bản : Thời gian, tần số, mã Ngoài khái niệm ghép kênh phân chia theo thời gian, chiều "thời gian" trực giao căn bản có thể chỉ thị ghép kênh phân chia theo tần số hoặc ghép kênh phân chia theo mã. Để đảm bảo tính trực giao trong chiều thời gian, cần loại bỏ nhiễu giữa các ký hiệu trong các kênh đa đường. Điều này có nghĩa cần sử dụng cân bằng hợp lý khi ghép kênh phân chia theo thời gian hoặc khoảng bảo vệ khi ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). 1.3 Phân tách không gian hay phân cực Chiều "không gian" có thể chỉ thị các anten hoạt động trong các vùng cách ly không gian hay trong các phân cực khác nhau. Do môi trường tán xạ địa phương khác nhau, các anten được đặt đủ cách ly trong không gian sẽ tạo ra các kênh pha đinh hầu như độc lập. Điều kiện "đủ" ở đây phụ thuộc và môi trường. Trong các ô vĩ mô ở vùng nông thôn, có thể cần cách ly vài bước sóng để các anten không tương quan với nhau, còn trong môi trường trong nhà chỉ cần một nửa bước sóng là đủ. Đối với phân cực, tỷ lệ ghép phân cực vuông góc quyết định phân cực có đảm bảo phân tập hay tạo nên các kênh song song cận trực giao. 1.4 Kỹ thuật hướng búp sóng, bộ tạo búp sóng 1.4.1 Kỹ thuật hướng búp sóng Là kỹ thuật xử lý tín hiệu vô tuyến sử dụng phương pháp truyền tín hiệu dạng anten mảng (anten mảng trong bộ tạo búp sóng là dùng các phần tử anten đặt sát nhau, sau đó điều chỉnh pha cấp sóng cho anten để tạo búp sóng hẹp; điều chỉnh pha các phần tử anten nhằm hướng về máy di động. Do phát hẹp nên không gây nhiễu ở cự ly xa) để định hướng truyền của tín hiệu nhằm tăng độ lợi anten phát và độ nhạy phía thu. Nhiễu trong tín hiệu nhận được khi dùng kỹ thuật tạo búp sóng sẽ giảm, bởi vì bộ tạo búp sóng lợi dụng nhiễu để chuyển tín hiệu trực tiếp vào các phần tử anten mảng. Trong khi truyền tín hiệu đi các bộ điều khiển tạo búp sóng sẽ điều chỉnh pha và biên độ của tín hiệu để lấy mẫu và loại bỏ nhiễu. Đồng thời khi đang truyền tín hiệu người ta có thể nâng công suất của tín hiệu một cách trực tiếp. Tại phía thu các tín hiệu đi qua các bộ cảm biến và được tổ hợp lại khả giống như mẫu ban đầu, đồng thời cũng tại phí thu các bộ tạo búp sóng tại các anten sẽ điều chỉnh các biên độ của tín hiệu thông qua các trọng số của nó như vậy tín hiệu nhận được sẽ được khôi phục như mong muốn. 1.4.2 Bộ tạo búp sóng Quá trình tạo búp sóng thông thường xây dựng trên cơ sở sử dụng mảng anten được áp dụng cho các hệ thống thông tin di đông thế hệ sau cho cả khái niệm mảng anten thích ứng và mảng anten cố định. Khi trang bị mảng anten thích ứng, BS có thể tạo búp đặc biệt cho người sử dụng. Trong trường hợp này nhìn từ phía người sử dụng các kênh sẽ khác nhau, vì thế không thể sử dụng các kênh chung để ước tính kênh. Thay vào đó các ký hiệu hoa tiêu riêng được phát trong các kênh riêng đường xuống sẽ được sử dụng để ước tính kênh cho tách sóng nhất quán. Các tùy chọn tạo búp và các khái niệm phân tập phát được trình bày ở trên khác nhau ở một số điểm quan trọng. Chẳng hạn, tạo búp nhằm hướng búp sóng trong không gian đến người sử dụng nhờ vậy giảm nhiễu đến các người sử dụng khác trong ô. Trong trường hợp này phương phát (hay mẫu phát xạ) trùng với phương thu cực đại và các búp có hướng được tạo ra bởi các dàn anten được hiệu chỉnh chẳng hạn bằng mảng tuyến tính đồng dạng (Hình 1) hoặc mảng tròn đồng dạng. Kỹ thuật tạo búp thực hiện điều chỉnh pha và biên độ nguồn sóng cấp cho các phần tử anten mảng để điều chỉnh phương pháp phát/thu của anten mảng. Việc điều chỉnh này thực hiện bằng cách chọn các trọng số cho từng loại anten. Có hai loại tạo búp cơ bản: Tạo búp dựa trên phương tới (DOA: Direction of Arrival) hay vật lý và tạo búp eigen hay toán học [You must be registered and logged in to see this image.]
Hình1 - Mảng tuyến tính đồng dạng có nt phần tử cách nhau 1.4.3 Khái niệm thiết kế MIMO theo dạng Modul Giải pháp thiết kế modul là giải pháp trong đó số lượng anten được tăng nhưng gây ảnh hưởng ít nhất đến các bộ phận khác của hệ thống. Dãy truyền dẫn MIMO/MISO bao gồm các phần tử sau (xem hình 1.3): • Nguồn phát các bit thông tin b với tốc độ nguồn Rsource. Từ nguồn này các bit thông tin được đưa đến mạch mã hóa và đan xen. Thông thường các mạch này là bộ lập mã có tỷ lệ mã rc và bộ đan xen có độ sâu Ni. Đầu ra là một luồng (hay một vectơ) của các bit được mã hóa • Các bit được mã hóa được đưa đến bộ điều chế để ánh xạ M bit vào vectơ điều chế phức x. Ta ký hiệu số ký hiệu phức được phát đồng thời trong khoảng thời gian một ký liệu là tốc độ ký hiệu: Rs (Rs là số luồng ký hiệu phát song song). • Luồng các ký hiệu trên được đưa đến bộ điều chế không gian thời gian, tại đây chuỗi gồm RsL ký hiệu điều chế được ánh xạ vào ma trận X LNb, trong đó L là độ dài khối của ma trận điều chế (hay mã không gian thời gian) còn Nb là số búp sẽ phát. Như vậy ma trận X chuẩn bị các ký hiệu để phát trên khoảng thời gian L [You must be registered and logged in to see this image.] Hình 2 -Dãy truyền dẫn đa anten Đầu ra của bộ điều chế không gian thời gian được đưa đến bộ tạo búp. Bộ tạo búp sẽ tạo ra Nb búp trong số Nt nguồn phát vào không gian (các anten hoặc các phân cực). Hoạt động của bộ tạo búp được trình bày bằng một ma trận W NbxNt Cuối cùng các tín hiệu sẽ được truyền trên các búp sóng này được chuyển lên tần số vô tuyến và được phát vào không gian
1.4.4 Kỹ thuật đổ đầy nước và chất tải bit Đổ đầy nước (water filling) là kỹ thuật trong đó công suất của các kênh không gian được điều chỉnh dựa trên độ lợi của các kênh. Các kênh có độ lợi cao hơn sẽ được cấp nhiều công suất hơn. Nhược điểm của phương pháp này là nó làm tăng thêm PAPR (Peak to Average Power Ratio – Tỷ số công suất đỉnh trên công suất) trung bình trong OFDM [You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 3 -Kỹ thuật đổ đầy nước và chất tải bit là mật độ phổ công suất tạp âm song biên. Chất tải bit (bit loading) là kỹ thuật điều chỉnh tăng số lượng các ký hiệu cho các kênh có độ lợi cao hơn. Điều này có thể thực hiện bằng cách tăng tỷ lệ mã và (hoặc) thay đổi sơ đồ điều chế. Để sử dụng kỹ thuật này ta phải tạo lập một bảng theo dõi độ lợi kênh và các điều kiện SNR. Nhược điểm của phương pháp này là tăng độ phức tạp trong máy thu vì máy thu phải giải mã và giải điều chế trong các kênh khác nhau. 1.4.5 Các khái niệm về phân tập Trong hệ thống vô tuyến, kỹ thuật phân tập được sử dụng để hạn chế ảnh hưởng của fading đa đường, tăng độ tin cậy của việc truyền tin mà không phải gia tăng công suất phát hay băng thông. Như vậy có thể khẳng định rằng phân tập – là một trong những kỹ thuật quan trọng được đưa ra áp dụng trong MIMO. Trong quá trình nghiên cứu và triển khai, hiện nay người ta đưa ra các kỹ thuật phân tập sau đây: - Phân tập đa đường (chọn lọc tần số) - Phân tập thời gian sử dụng yêu cầu phát lại tự động ARQ (chọn lọc thời gian) - Phân tập thu sử dụng nhiều anten thu (phân tập không gian thu) - Phân tập phát sử dụng nhiều anten phát (phân tập không gian phát) - Chuyển giao mềm (phân tập vĩ mô) 1.4.5.1 Phân tập đa đường Các công nghệ CDMA sử dụng trải phổ, vì là kênh băng rộng nên máy thu có khả năng phân biệt một số lượng lớn các thành phần đường truyền. Mỗi thành phần này thể hiện một kênh ngẫu nhiên độc lập và việc kết hợp các thành phần này theo năng lượng của từng thành phần được đánh trọng số và được lấy trung bình một các hợp lý sẽ giảm được pha đinh tín hiệu so với từng thành phần riêng lẻ. Phân tập có thể được thực hiện bởi máy thu tuyến tính hay phi tuyến trên cơ sở máy thu hay bộ cân bằng. Rõ ràng rằng các môi trường khác nhau có các trải đa đường khác nhau và số lượng các phần tử khả phân giải đôi khi nhỏ. Chẳng hạn trong các kênh trong nhà, các phần tử đến trễ chủ yếu trong thời gian một chip và vì thế chỉ có một hệ số kênh (hay nhánh) là khả phân giải. Trong môi trường này ta cần sử dụng giải pháp phân tập khác. 1.4.5.2 Phân tập vĩ mô Phân tập vĩ mô được thực hiện bằng cách sử dụng hiệu quả mạng. Tín hiệu phát từ MS trên đường lên sẽ đến nhiều BS và vì các hệ số kênh của các BS này là độc lập vì thế việc kết hợp tín hiệu từ nhiều BS sẽ đảm bảo phân tập. Mặt khác do băng thông trong mạng cố định bị hạn chế nên không thể kết hợp tín hiệu tối ưu (liên quan đến các anten phân tập). Tuy vậy ít nhất giải pháp kết hợp kiểu chọn lọc là có thể thực hiện nếu xét từ quan điểm rẳng chỉ cần thu đúng tín hiệu được phát tại ít nhất một BS. Trên đường xuống, nhiều bản copy của cùng một tín hiệu được phát đi từ các nguồn (BS) cách biệt trong không gian cũng sẽ tạo nên các đường truyền pha đinh độc lập tại MS. Tiêu chuẩn bao hàm cả tùy chọn phân tập vĩ mô dựa trên hồi tiếp với tên gọi là SSDT (Site Selection Diversity Transmission: truyền dẫn phân tập lựa chọn trạm). SSDT nhằm giảm nhiễu đến các người sử dụng khác trong hệ thống bằng cách phân bổ công suất tối ưu hơn trong ô. Trong SSDT, các ô (các BS) được ấn định một nhận dạng tạm thời (ID). MS định kỳ thông báo ID của ô sơ cấp đến các BS bằng cách sử dụng trường báo hiệu (hồi tiếp) đường lên. Kênh dành riêng này trong các ô khác (được gọi là các ô không phải sơ cấp) bị tắt. ID của ô sơ cấp này được thông báo từ 1 đến 5 lần trong khung 10ms, tùy thuộc vào khuôn dạng báo hiệu được chọn. 1.4.5.3 Phân tập thời gian Các hệ thống thông tin di động thế hệ sau đều hỗ trợ giao thức HARQ ( Hybrid Automatic Repeat Request). Trong các giao thức này. Khi nhận được không công nhận (NACK) từ phía thu, máy phát phía phát sẽ phát lại hoặc toàn bộ bản tin bị lỗi kể cả các bit chẵn lẻ hoặc chỉ phát bổ sung thêm các các bit chẵn lẻ. Phân tập thời gian hay chọn lọc thời gian của kênh có thể được khai thác nếu khung phát lại đến phía thu sau một khoảng thời gian đủ dài (sau thời gian nhất quán kênh). Ngoài HARQ, một dạng phân tập thời gian thông thường được sử dụng là việc kết hợp giữa đan xen và mã hóa kênh hiệu chỉnh lỗi trước (FEC Forward Error Correction). 1.4.5.4 Phân tập anten thu Khi nhiều anten thu được sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten thu (Rx). Phân tập Rx có thể được sử dụng tại BS để tăng dung lượng đường lên và vùng phủ sóng. Do giá thành và không gian chiếm, phân tập anten thu không phổ biến tại máy đầu cuối. Tuy nhiên phân tập Rx là một trong các kỹ thuật phân tập hiệu suất nhất và thường được sử dụng khi cần cải thiện hiệu năng cũng như vùng phủ. 1.4.5.5 Phân tập anten phát Các phương pháp phân tập anten thu cung cấp phân tập không gian cho các đầu cuối chỉ có một anten thu và cải thiện hiệu năng cũng như vùng phủ đường xuống mà không gây phức tạp cho máy đầu cuối. Thông thường các phần tử anten phát được đặt khá gần nhau. Trong trường hợp này lý lịch trễ gần như giống nhau đối với mọi phần tử. Các giải pháp phân tập phát (Tx) vòng kín được nghiên cứu cho chế độ FDD để hỗ trợ hai anten phát. Cả hai giải pháp phân tập vòng kín và vòng hở đều được nghiên cúu sử dụng trong các chế độ FDD và TDD. - Phân tập vòng hở. Các khái niệm phân tập vòng hở đầu tiên đã được đề xuất trong quá trình tiêu chuẩn hóa 3G dựa trên phân tập phát phân chia mã (phân tập phát trực giao) và phân tập phát chuyển mạch theo thời gian. Phân tập phát chuyển mạch theo thời gian (TSTD) được áp dụng cho một số kênh chung. Trong TSTD, tín hiệu phát được chuyển mạch trên hai anten phát theo thời gian. Sau đó một giải pháp phân tập phát không gian thời gian (STTD) hiệu quả hơn dựa trên mã khối không gian thời gian do Alamouti phát triển đã được nghiên cứu áp dụng cho các hệ thống TTDĐ thế hệ sau. Phương án mã Alamouti được sử dụng trong STTD như sau:
[You must be registered and logged in to see this image.] Trong đó cột 1 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 1 còn cột 2 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 2. Các ký hiệu này là các ký hiệu điều chế QPSK. Sơ đồ phân tập phát O-STBC được mô tả trên hình 5 [You must be registered and logged in to see this image.]
Hình 5 -Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (O-STBC) 2x2. - Chế độ vòng kín. Chế độ vòng hồi tiếp đầu tiên được đề xuất trong 3G dựa trên phân tập phát chọn lựa (STD), trong đó chỉ một bit được sử dụng để lựa chọn anten phát phù hợp. Sau đó một số cải thiện đã đựơc đề xuất trong quá trình tiêu chuẩn hóa 3G.
Trang Chính 
Latest images 
Tìm kiếm 
Đăng ký 
Đăng Nhập 
Wed Jul 11, 2012 9:14 am#1
Tiêu đề: Một số khái niệm cơ bản trong hệ thống MIMO.
