CÁC HỆ THỐNG ANTEN MIMO TRONG WINPROP

CÁC HỆ THỐNG ANTEN MIMO TRONG WINPROP Phát hành Ngày phát hành Thay đổi V1 0 112010 Phiên bản đầu tiên của tài liệu V2 0 22011 Phiên bản thứ hai của tài liệu 1 Động lực thúc đẩy Công nghệ đa đường vào và đa đường ra được sử dụng trên nhiều anten ở cả máy phát và máy thu để cải thiện hiệu suất truyền thông Công nghệ MIMO thu hút được sự quan tâm trong truyền thông không dây, bởi vì nó cung cấp sự gia tăng đáng kể dữ liệu truyền qua nó và vùng liên kết mà không cần tăng băng thông và công suất t.

CÁC HỆ THỐNG ANTEN MIMO TRONG WINPROP Phát hành V1.0 V2.0 Ngày phát hành 11/2010 2/2011 Thay đổi Phiên tài liệu Phiên thứ hai tài liệu Động lực thúc đẩy Công nghệ đa đường vào đa đường sử dụng nhiều anten máy phát máy thu để cải thiện hiệu suất truyền thông Công nghệ MIMO thu hút quan tâm truyền thông không dây, cung cấp gia tăng đáng kể liệu truyền qua vùng liên kết mà khơng cần tăng băng thơng cơng suất truyền Nó đạt điều cách hiệu suất phổ cao (nhiều bit/giây/hz băng thông) độ tin cậy đa dạng liên kết (giảm fading) Do đặc tính đó, MIMO phần quan trọng chuẩn truyền thông không dây tiên tiến WiMax, HSPA+, 3GPP LTE, 4G, IEEE 802.11n (wifi) Hình 1: Quy ước Hệ thống anten SISO (trên), Hệ thống anten MIMO (dưới) Cấu hình anten MIMO sử dụng cho ghép kênh theo không gian Trong trường hợp tín hiệu tốc độ cao chia thành nhiều luồng tốc độ thấp luồng truyền từ anten truyền khác kênh có tần số (Hình 1) Nếu tín hiệu đến anten máy thu với đầy đủ ký hiệu không gian khác nhau, máy thu tách riêng luồng thành kênh song song Theo ghép kênh theo khơng gian cách sử dụng anten MIMO kỹ thuật mạnh cho dung lượng kênh tăng với tỷ lệ Tín hiệu – nhiễu can nhiễu (SNIR) cao Số luồng không gian lớn giới hạn số lượng anten trạm phát trạm thu Sơ đồ MIMO đặc trưng MIMO 2x2 (2 anten cho bên phát thu), MIMO 4x4 Trong trường hợp ghép kênh theo không gian thành phần anten MIMO truyền luồng liệu MIMO riêng biệt Sơ đồ MIMO 4x4 truyền MIMO luồng từ hai anten thành phần MIMO luồng từ hai anten thành phần khác, kết hợp MIMO với hệ thống phân phối anten (DAS) Máy thu bao gồm hai thành phần anten( cho tách riêng luồng MIMO khác nhau) Mơ hình WinPro Xem xét anten MIMO trình chiếu kế hoạch thiết kế mạng vô tuyến WinPro sơ đồ MIMO tương ứng có lựa chọn giao diện (hình 2) Tùy thuộc vào việc lựa chọn sơ đồ MIMO số tương ứng luồng liệu riêng biệt xem xét (Mỗi MIMO 2x2 với luồng song song MIMO 4x4 với luồng song song) Hình 2:Khơng gian Dao diện xác định bao gồm cơng nghệ MIMO Phía đặt đặc tính chức nút bấm hệ thống anten MIMO xác định xác (Hình 4) Tín hiệu Mào đầu Khi truyền tải luồng liệu chúng đồng thời tới ghép kênh theo khơng gian thêm vào tín hiệu mào đầu yêu cầu mà làm giảm hiệu ứng tốc độ liệu đạt Giá trị xác định xem xét lần cho MIMO 2x2 lần cho MIMO 4x4 Hình 3: Thiết lập MIMO Beamforming Beamforming Beamforming trạm phát thực xử lý không gian Trong trường hợp tín hiệu tương tự phát từ anten phát với lượng góc pha phù hợp cơng xuất tín hiệu cao đầu vào máy thu Lợi ích Beamforming làm tăng thêm hệ số khuếch đại tín hiệu nhận được, cách làm tín hiệu phát từ anten khác xây dựng thêm, làm giảm hiệu ứng fading đa đường Ghép kênh khơng gian kết hợp Beamforming biết kênh trạm phát Trong trường hợp khơng có tán xạ, kết Beamforming định hướng mơ hình xác định rõ, theo cách làm gia tăng hệ số khuếch đại anten cho tín hiệu mong muốn làm giảm hệ số khuếch đại anten cho tín hiệu gây can nhiễu.Kết hệ số khuếch đại anten cho tín hiệu mong muốn tín hiệu gây can nhiễu xác định cài đặt MIMO (Hình 3) Beamforming sử dụng Các giá trị giữ tới dB Beamforming không áp dụng Can nhiễu luồng MIMO Ghép kênh theo không gian cách sử dụng anten MIMO cho phép tăng lưu lượng phụ thuộc vào tỷ số Tín hiệu – nhiễu - can nhiễu (SNIR) SNIR ảnh can nhiễu luồng MIMO khác Thiết lập MIMO cung cấp lựa chọn khác cho mục đích (Hình 4): o Khơng can nhiễu(khoảng cách lý tưởng luồng khác nhau) Nếu phân cực khác sử dụng (e.g phân cực dọc cho MIMO luồng phân cực ngang cho MIMO luồng 2) luồng phân tách tốt vùng LOS Như giả thiết đơn giản bỏ qua can nhiễu luồng MIMO khác o Khoảng cách khơng lý tưởng luồng đóng góp tương đối can nhiễu Trong trường hợp tất tỷ số can nhiễu khoảng cách luồng xác định E.g 20dB với bất ký ý nghĩa cho hệ thống MIMO 2x2 cơng suất nhận cho MIMO luồng làm tăng thêm mức độ can nhiễu cho MIMO luồng (i.e Công suất nhận -20dB) ngược lại Xem xét lựa chọn liên quan đến số ảnh hưởng can nhiễu thông qua vùng mô ( xét giá trị công suất nhận riêng lẻ cho luồng khu vực) o Vị trí phụ thuộc xác định tác động can nhiễu vào khoảng cách không lý tưởng luồng Xem xét lựa chọn vị trí máy thu riêng rẽ đặc tính liên kết vô tuyến tương ứng (LOS/NLOS) cho tác động can nhiễu Để đảm bảo độ xác cao người sử dụng xác định phân cực khác sử dụng cho luồng MIMO riêng rẽ (e.g phân cực dọc cho MIMO luồng phân cực ngang cho MIMO luồng 2), giảm bớt nhiễu, đặc biệt điều kiện LOS Hình 4: Thiết lập MIMO can nhiễu luồng MIMO khác Xác định Anten Các vấn đề thuộc anten nói chung tới hệ thống MIMO xác định theo cách nhiều anten thông thường, i.e vị trí, tần số sóng mang, cơng suất truyền anten xác định thông thường Đối với phần tử anten MIMO anten riêng biệt xác định ProMan Gọi Signal Group thiệt lập ID cho tất anten thuộc hệ thống MIMO Hơn lựa chọn luồng MIMO truyền Signal Group ID cho anten thông thường thiết lập riêng rẽ (do khơng có luồng MIMO lựa chọn) Tất anten nói chung tới hệ thống MIMO có chung sóng mang Tùy thuộc vào việc chuyển sang Signal Group ID việc chuyển luồng MIMO tín hiệu từ anten khác kết hợp xây dựng can nhiễu khác Loại anten Signal Group Luồng MIMO Anten thông thường Riêng rẽ Không sẵn sàng Anten để DAS A/B/C/… Không MIMO Anten để MIMO A/B/C/ … MIMO luồng 1/ luồng Sự lựa chon Signal Group luồng MIMO thành lập cài đặt sóng mang máy phát (nhìn hình 5) Hình 5: Thiết lập sóng mang cho máy thu với lựa chọn Signal Group Tất anten thuộc hệ thống MIMO có Signal Group ID Nếu hệ thống MIMO sẵn sàng thiết kế bạn đề nghị sử dụng Signal Group A cho tất anten phần hệ thống MIMO Lý Thuyết Các kết tính tốn MIMO Đối với đồ kết tính tốn MIMO Cơng suất thu (dBm) SNIR (dB) tính cho luồng MIMO xác định (theo sơ đồ MIMO dự kiến) phần tử máy thu Trong thuộc tính can nhiễu luồng MIMO khác hoạt động sóng mang (và Signal Group ID) xét (phụ thuộc vào lựa chọn option, nhìn hình 4) Cuối cho phép sơ đồ điều chế mã hóa phụ thuộc vào SNIR chọn Nếu cell phục vụ anten MIMO công suất nhận chồng chất giá trị cơng suất tín hiệu từ tất anten trực thuộc tới hệ thống MIMO truyền luồng MIMO Loại Anten Công suất nhận Anten thông thường Công suất nhận từ cell phục vụ Anten trực thuộc hệ thống anten phân phối (DAS) Sự chồng chất giá trị công suất nhận tất các anten trực thuộc tới DAS cell phục vụ Anten trực thuộc hệ thống MIMO Sự chồng chất giá trị công suất nhận từ tất anten trực thuộc truyền chung luồng MIMO cell phục vụ Tính tốn can nhiễu: Thơng thường tín hiệu phát chung song mang can nhiễu từ anten khác với tín hiệu riêng rẽ truyền Các tín hiệu phát từ anten khác phạm vi DAS chung khơng có can nhiễu (nếu chúng có chung Signal Group ID) Nếu anten trực thuộc hệ thống MIMO nhiễu phụ thuộc vào luồng MIMO truyền Các anten truyền chung luồng MIMO xét hoạt động DAS ( hệ thống MIMO 4x2) Nếu anten truyền luồng MIMO khác can nhiễu chúng với phụ thuộc vào vị trí riêng biệt (tách biệt khơng gian, cách sử dụng phân cực ngang khác nhau, trường hợp LOS/NLOS) Hiệu ứng can nhiễu phản xạ lựa chọn option thích hợp tương tác tương ứng ( nhìn hình 4) Anten Anten Can nhiễu (cùng sóng mang) Anten thường Anten thường Có Anten thường Anten trực thuộc DAS A Có Anten trực thuộc DAS A Anten trực thuộc DAS A không Anten trực thuộc DAS A MIMO luồng Anten trực thuộc DAS A MIMO luồng không Anten trực thuộc DAS A MIMO luồng Anten trực thuộc DAS A MIMO luồng có Anten trực thuộc DAS A Anten trực thuộc DAS B có Ví Dụ Phần trình bầy ví dụ hiểu tính MIMO WinPro Nhìn hình trường hợp văn phòng với hai anten (hệ thống MIMO phân phối) Cả hai anten dùng chung sóng mang mặt khác khơng có can nhiễu kênh trường hợp Hình 6: Trường hợp văn phòng với hai anten (DAS MIMO 2x2) Các tham số mạng biểu diễn theo bảng Tham số Giá trị Tần số 2630 MHz Băng thông hệ thống 20 MHz Công suất truyền Công suất đường dBm PA Độ cao anten 2.5m Yêu cầu SNIR Mim (phụ thuộc vào MCS) Trong khoảng -5.4 dB đến 17.2 dB Giao diện Air LTE Cấu hình anten khác phân tích theo sau: • Cấu hình 1: hai site anten thơng thường định hình DAS ( Signal Group A) • Cấu hình 2: hai site anten MIMO ( Signal Group A) truyền luồng MIMO riêng biệt ( site MIMO luồng site MIMO luồng 2) Hình hình đồ tốc độ liệu cho hai cấu hình Hình 7: Tốc độ liệu tối đa (DL) cho mạng DAS (cấu hình 1) Hình 8: Tốc độ liệu tối đa (DL) cho mạng MIMO 2x2 (cấu hình 2) Trong hình (cấu hình 1) hai anten hoạt động sóng mang dạng hệ thống anten phân phối tín hiệu từ hai anten xây dựng chồng chất trạng thái SNIR cải thiện Tuy nhiên tốc độ liệu lớn giới hạn đến 75 Mbit/s luồng liệu truyền Hình Cấu hình nơi lần hai anten hoạt động chung sóng mang, thời gian site dạng hệ thống MIMO 2x2 Ở MIMO luồng truyền từ site MIMO luồng truyền từ site nhiều không gian Tốc độ liệu cao thực cho tịa nhà văn phịng phù hợp ( giả thiết tách biệt luồng MIMO khác lý tưởng ) Nói chung hiệu suất phụ thuộc vào can nhiễu luồng MIMO Hình 9: Tốc độ liệu lớn (DL) cho mạng MIMO 2x2 với luồng MIMO hình dung Hình MIMO luồng hoạt động đóng góp vào tốc độ liệu lớn cho phần tử đặc trưng ( mầu đỏ thể luồng nhận tốt với tốc độ liệu lớn nhất, mầu đỏ đậm luồng MIMO khác đưa ra) ... thống MIMO có Signal Group ID Nếu hệ thống MIMO sẵn sàng thiết kế bạn đề nghị sử dụng Signal Group A cho tất anten phần hệ thống MIMO Lý Thuyết Các kết tính tốn MIMO Đối với đồ kết tính tốn MIMO. .. tất anten thuộc hệ thống MIMO Hơn lựa chọn luồng MIMO truyền Signal Group ID cho anten thông thường thiết lập riêng rẽ (do khơng có luồng MIMO lựa chọn) Tất anten nói chung tới hệ thống MIMO. .. trưng MIMO 2x2 (2 anten cho bên phát thu), MIMO 4x4 Trong trường hợp ghép kênh theo không gian thành phần anten MIMO truyền luồng liệu MIMO riêng biệt Sơ đồ MIMO 4x4 truyền MIMO luồng từ hai anten