Hệ thống Angten MIMO trong WinProp

Tiểu Luận Môn Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Sinh viên thực hiện Tô Văn Hùng MSHV CB110858 Page 1 Mục lục 1 Cơ sở hình thành 2 2 Tạo mô hình trong WinProp 3 3 Nguyên lí 8 4 Minh họa 10 Tiểu Luận Môn Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Sinh viên thực hiện Tô Văn Hùng MSHV CB110858 Page 2 Hệ thống Angten MIMO trong WinProp 1 Cơ sở hình thành Kỹ thuật sử dụng nhiều đầu vào và nhiều đầu ra (MIMO) là sử dụng nhiều angten ở cả bên phát và bên thu để cải.

Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Mục lục Cơ sở hình thành 2 Tạo mơ hình WinProp 3 Nguyên lí Minh họa 10 Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hệ thống Angten MIMO WinProp Cơ sở hình thành Kỹ thuật sử dụng nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO) sử dụng nhiều angten bên phát bên thu để cải thiện hiệu thông tin truyền Kỹ thuật MIMO tập trung thông tin khơng dây, tăng tầm quan trọng lưu lượng liệu phạm vi đường truyền khơng có thêm băng thơng hay nguồn phát Nó đạt diều hiệu suất phổ cao ( thêm bit truyền giây Hz băng thông) chất lượng đường truyền hay phân tập ( làm giảm hiệu ứng fading) Do thuộc tính chúng mà MIMO quan trọng chuẩn thơng tin khơng dây đại ví dụ WiMAX, HSPA+, phát triển lâu dài 3GPP, 4G, IEEE 802.11n (Wifi) Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hình 1: hệ thống angten SISO thông thường hệ thống angten MIMO Cấu hình angten MIMO sử dụng cho dồn kênh theo khơng gian Trong trường hợp tín hiệu tốc độ cao chia đa luồng tốc độ thấp luồng phát từ angten phát khác kênh tần số ( nhìn hình 1) Nếu tín hiệu tới mảng angten bên thu với đủ ký hiệu khơng gian khác nhau, bên thu chia riêng rẽ luồng bên kênh song song Theo dồn kênh theo khơng gian sử dụng angten MIMO kỹ thuật mạnh để tăng khả kênh tỉ số tín hiệu tới nhiễu giao thoa cao (SNIR) Số cực đại luồng không gian giới hạn thấp số lượng angten bên phát hay bên thu Mơ hình MIMO điển hình mơ hình MIMO 2x2 ( với angten cho bên phát bên thu), mơ hình 4x4 Trong trường hợp dồn kênh theo khơng gian thành phần angten MIMO phát luồng liệu MIMO riêng Mơ hình MIMO 4x2 phát luồng MIMO từ phần tử angten luồng MIMO từ phần tử angten lại, kết hợp MIMO với hệ thống angten phân bố (DAS) Bên thu gồm phần tử angten ( cho riêng luồng MIMO khác nhau) Tạo mơ hình WinProp Để xem xét anten MIMO WinProp, dự án quy hoạch mạng vơ tuyến ứng với mơ hình MIMO lựa chọn trang Air interface (như hình Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới 2) Phụ thuộc vào lựa chọn mơ hình MIMO, lượng đáp ứng luồng liệu MIMO riêng rẽ xem xét ( Mỗi MIMO 2x2 với luồng song song hay MIMO 4x4 với luồng song song Hình 2: thiết lập Air interface cho kỹ thuật MIMO Phía phím thiết lập thêm thuộc tính hệ thống anten MIMO thực ( hình 3, 4) Bổ sung phát tín hiệu Khi mà luồng nhiều liệu phát theo hướng song song để dồn kênh mặt khơng gian có thêm tín hiệu phát yêu cầu để giảm ảnh hưởng đến tốc độ liệu đạt Gía trị đưa xem xét lần cho MIMO 2x2 lần cho MIMO 4x4 Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hình 3:Thiết lập MIMO tạo chùm tia quan tâm Tạo chùm tia Tạo chùm tia bên phát thu xử lí khơng gian Trong trường hợp tín hiệu phát từ anten phát với giá trị pha mà nguồn tín hiệu lớn đầu vào thu Tác dụng tạo chùm tia để tăng độ khuếch đại tín hiệu nhận được, tín hiệu tạo phát từ anten khác thêm cấu trúc làm giảm hiệu ứng fading Dồn kênh khơng gian kết hợp với tạo chùm tia mà kênh biết trước bên phát Thiếu vắng tán xạ, kết tạo chùm tia phương hướng định nghĩa, tăng độ tăng ích angten cho tín hiệu mong muoonss giảm độ tăng ích angten cho tín hiệu giao thoa Do đó, độ tăng ích angten tín hiệu phục vụ tín hiệu giao thoa định nghĩa phần thiết lập MIMO ( MIMO setting) (như hình 3) tạo chùm tia sử dụng giá trị dB không sử dụng tạo chùm tia Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Sự giao thoa luồng MIMO Dồn kênh theo không gian sử dụng angten MIMO cho phép tăng lưu lượng phụ thuộc vào tỉ số tín hiệu đến nhiễu giao thoa (SNIR) SNIR bị ảnh hưởng giao thoa luồng MIMO khác Trang thiết lập MIMO cung cấp lựa chọn khác cho mục đích ( nhìn hình 4):  Không giao thoa ( khoảng cách lý tưởng luồng) Nếu phân cực khác sử dụng ( phân cức hướng thẳng đứng cho luồng MIMO phân cực hướng ngang cho luồng MIMO ) luồng phân cách rõ rang, đặc biệt khu vực LOS Như giả định đơn giản bỏ qua giao thoa luồng MIMO khác  Sự đóng góp liên quan tới giao thoa ứng với khoảng cách không lí tưởng luồng Trong trường hợp này, tỉ số tổng giao thoa luồng khác thực E.p 20dB có nghĩa hệ thống MIMO 2x2 lượng nhận -20dB ) ngược lại Lựa chọn xem xét giao thoa không đổi tác động qua tồn phần mơ ( xem xét giá trị nguồn nhận cho luồng vị trí)  Sự xác định phụ thuộc vị trí giao thoa ứng với khoảng cách khơng lí tưởng luồng Lựa chọn xem xét vị trí thu thuộc tính đường truyền vô tuyến tương ứng (LOS/ NLOS) cho tác động giao thoa Để đảm bảo độ xác cao người sử dụng định nghĩa phân cực khác sử dụng cho luồng MIMO đưa ( ví dụ phân cực theo hướng thẳng đứng cho luồng MIMO VÀ phân cực theo chiều ngang cho luồng MIMO 2), làm giảm giao thoa, đặc biệt tron điều kiện LOS Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hình 4: thiết lập MIMO cho giao thoa luồng MIMO khác Định nghĩa angten Nói chung angten hệ thống MIMO định nghĩa theo kiểu với angten thong thường vị trí, tần số sóng mang, nguồn phát angten định nghĩa bình thường Đối với thành phần angten MIMO, angten riêng rẽ phải định nghĩa ProMan Các nhóm tín hiệu ( Signal Group) phải thiết lập với ID cho tất angten hệ thống MIMO Hơn luồng MIMO phát phải lựa chọn Đối với angten thông thường, ID nhóm tín hiệu thiết lập riêng rẽ ( khơng có luồng MIMO nà chọn) Nói chung tất angten phụ thuộc tới hệ thống MIMO phải có sóng mang Sự phụ thuộc vào ID gán cho nhóm tín hiệu luống gán cho MIMO tín hiệu từ angten khác kết hợp xây dựng hay giao thoa lẫn Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Kiểu angten Angten thông thường Angten DAS Angten MIMO Nhóm tín hiệu Riêng rẽ A/ B/ C … A/ B/ C … Luồng MIMO Không đưa Khơng MIMO Luồng MIMO 1/ luồng MIMO Nhóm tín hiệu luồng MIMO lựa chọn thấy thiết lập sóng mang ( nhìn hình 5) phát Hình 5: thiết lập sóng mang cho bên phát với lựa chọn nhóm tín hiệu Tất angten hệ thống MIMO phải có ID nhóm tín hiệu Nếu hệ thống MIMO đưa dự án bạn dược giới thiệu để sử dụng nhóm tín hiệu A cho tất angten mà phần hệ thống MIMO Ngun lí Tính tồn kết MIMO: Đối với tính tốn kết MIMO vẽ đồ thị nguồn thu nhận (dBm) SNIR tính tốn cho luồng MIMO định nghĩa ( theo mô hình MIMO thực Sinh viên thực hiện: Tơ Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới hiện) điểm thu Trong nội dung giao thoa luồng MIMO khác hoạt động dựa vào sóng mang ( ID nhóm tín hiệu) xem xét ( phụ thuộc vào lựa chọn, nhìn vào hình 4) Cuối cho phép điều biên mã phụ thuộc vào SNIF chọn Nếu thành phần phục vụ angten MIMO, nguồn nhận chồng chất giá trị nguồn tín hiệu từ tất angten hệ thống MIMO phát luồng MIMO Kiểu angten Nguồn nhận Angten thông thường Nguồn nhận từ thành phần phục vụ Angten hệ thống angten phân bố (DAS) Sự chồng chất giá trị nguồn nhận từ tất angten DAS khối phục vụ Sự chồng chất giá trị nguồn nhận từ tất angten phát luồng MIMO khối phục vụ Angten hệ thống MIMO Tính tốn giao thoa: Thường thường tín hiệu mà phát xạ sóng mang từ angten khác giao thoa với lẫn tín hiệu riêng rẽ phát Các tín hiệu mà phát xạ từ angten khác với DAS giao thoa ( chúng có ID nhóm tín hiệu) Nếu angten hệ thống MIMO giao thoa phụ thuộc vào luồng phát MIMO Các angten phát luồng MIMO xem xét hoạt động DAS Nếu angten phát luồng MIMO khác nhau, chúng giao thoa lẫn phụ thuộc vào trường hợp riêng ( khoảng cách không gian, sử dụng phân cực khác nhau, LOS/NLOS) Kết giao thoa phản xạ lựa chọn gần hội thoại tương ứng ( nhìn hình 4) Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Angten Angten Giao thoa ( sóng mang) Có Angten thơng thường Angten thơng thường Angten thơng thường Angten DAS A Có Angten DAS A Angten DAS A Không Angten DAS A luồng MIMO Angten DAS A luồng MIMO Angten DAS A Angten DAS A luồng MIMO Angten DAS A luồng MIMO Angten DAS B Khơng Có Có Minh họa Phần đưa ví dụ để hiểu rõ đặc điểm MIMO WinProp Hình đưa vẽ phòng với angten ( hệ thống phân bố MIMO) Cả angten sử dụng sóng mang – khơng có can nhiễu kênh vẽ Hình 6: Bản vẽ phòng với angten (DAS hay MIMO 2x2) Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page 10 Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Các thông số mạng đưa bảng Thông số Giá trị Tần số 2630 MHz Dải thông 20 MHz Nguồn phát dBm nguồn đầu PA Chiều cao angten 2.5m SNIR yêu cầu nhỏ ( phụ Giữa -5.4 17.2 dB thuộc vào MCS) Bề mặt khơng khí LTE Cấu hình angten khác phân tích đây:  Cấu hình 1: angten thơng thường hình thành DAS ( nhóm tín hiệu A)  Cấu hình 2: angten MIMO (nhóm tín hiệu A) luồng MIMO phát riêng rẽ (vị trí1: luồng MIMO vị trí 2: luồng MIMO 2) Hình hình đưa vẽ tốc độ liệu cho cấu hình Hình 7: tốc độ liệu lớn cho mạng DAS ( cấu hình 1) Sinh viên thực hiện: Tơ Văn Hùng MSHV: CB110858 Page 11 Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hình 8: tốc độ liệu cực đại cho mạng MIMO 2x2 ( cấu hình 2) Trong hình (cầu hình 1) angten hoạt động dựa vào sóng mang hình dạng hệ thống angten phân bố Bởi điếu mà tín hiệu từ angten xây dựng chồng chất cải thiện trường hợp SNIR Tuy nhiên tốc độ liệu cực đại giới hạn 75Mbit/s với luồng liệu phát Hình đưa cấu hình lại có angten hoạt động với sóng mang, ví trí thời gian kiểu hệ thống MIMO 2x2 Ở luồng MIMO phát từ vị trí lng MIMO phát từ vị trí dồn kênh theo khơng gian Theo tốc độ liệu cao đạt cho phần lớn tòa nhà văn phòng ( giả thiết cách biệt lí tưởng luồng MIMO khác nhau) Nói chung hiệu suất phụ thuộc vào giao thoa luồng MIMO ( hình 4) Sinh viên thực hiện: Tơ Văn Hùng MSHV: CB110858 Page 12 Tiểu Luận Môn: Tối Ưu Vô Tuyến Cho Các Mạng Thông Tin Di Động Thế Hệ Mới Hình 9: Tốc độ liệu cực đại cho mạng MIMO 2x2 với luồng MIMO ảo Hình đưa luồng MIMO tích cực cung cấp tốc độ liệu cực đại cho điểm thực ( màu đỏ đưa luồng thu nhận tốt với tốc độ liệu cực đại, màu đỏ sẫm với luồng MIMO khác thu được) Sinh viên thực hiện: Tô Văn Hùng MSHV: CB110858 Page 13 ... hiệu Tất angten hệ thống MIMO phải có ID nhóm tín hiệu Nếu hệ thống MIMO đưa dự án bạn dược giới thiệu để sử dụng nhóm tín hiệu A cho tất angten mà phần hệ thống MIMO Ngun lí Tính tồn kết MIMO: ... vụ angten MIMO, nguồn nhận chồng chất giá trị nguồn tín hiệu từ tất angten hệ thống MIMO phát luồng MIMO Kiểu angten Nguồn nhận Angten thông thường Nguồn nhận từ thành phần phục vụ Angten hệ thống. .. Động Thế Hệ Mới Angten Angten Giao thoa ( sóng mang) Có Angten thơng thường Angten thơng thường Angten thơng thường Angten DAS A Có Angten DAS A Angten DAS A Không Angten DAS A luồng MIMO Angten