Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật MIMO và Ứng dụng của kỹ thuật MIMO

I. Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật MIMO 1. Khái niệm Mimo là gì ? MIMO được viết tắt bởi (multi input multi output) trong truyền thông (communications ). MIMO  là kỹ thuật sử dụng nhiều ăngten phát và nhiều ăngten thu để truyền và nhận dữ liệu. Kỹ thuật Mimo tận dụng sự phân tập ( không gian, thời gian, mã hóa,… ) nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu, tốc độ dữ liệu. MIMO là 1 trong các hệ thống thông tin không dây. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật MIMO Kĩ thuật MIMO xuất hiện rất sớm từ những năm 70 do A.R Kaye và D.A George đề ra năm 1970 và W. van Etten năm 1975, 1976. Giữa thập niên 80, Jack Winters và Jack Salz làm việc tại Bell Labs đã đưa ra những ứng dụng dung kỹ thuật tạo búp bóng được sử dụng trong hệ Mimo sau này. Năm 1993, Arogyaswami Paulraj và Thomas Kailath đề xuất khái niệm hợp kênh không gian sử dụng hệ Mimo. Năm 1996, Greg Raleigh và Gerard J.Foschini đưa ra phương pháp mới sử dụng kỹ thuật MIMO dựa trên việc biểu diễn dung năng như hàm phụ thuộc vào số anten thu phát. Năm 1998, lần đầu tiên trong lịch sử Bell Labs chứng minh thí nghệm mô hình hợp kênh không gian (SM). Năm 2001, sản phẩm thương mại đầu tiên sử dụng công nghệ MIMO OFDMA được đưa ra thị trường bởi hiệp hội Iospan Wireless Inc. Sản phẩm này hỗ trợ cả mã phân tập và hợp kênh không gian. Năm 2006, một số công ty viễn thông lớn ( Beceem Communications, Samsung, Runcom Technology… ) tập trung phát triển kỹ thuật MIMOOFDMA làm giải pháp cho chuẩn di động bang thông rộng WIMAX IEEE 802.16e. Cũng trong năm 2006 một số công ty ( Broadcom, Intel… ) phát triển công nghệ MIMOOFDMA chuẩn bị cho kỹ thuật chuẩn Wifi theo tiêu chuẩn IEEE 802.11n. Trong tương lai kỹ thuật MIMO vẫn rất còn quan trọng trong hệ 4G, và vẫn đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phát triển, tính đến năm 2013 nhờ có nền tảng kỹ thuật MIMOOFDMA mà chúng ta đã có mạng 4G LTE. Ở Việt Nam, do điều kiện kỹ thuật công nghệ còn khá xa với thế giới nên việc nghiên cứu cũng gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong quá trình xây dựng và test một hệ MIMO. Tuy nhiên, vài năm trở lại đây ở Việt Nam đã bắt đầu được tiếp cận với một công nghệ mới

Bài Thảo Luận Nhóm Mơn: Trường Điện Từ & Kỹ Thuật Anten Lớp: Điện- Điện Tử STT Họ Tên Ngày sinh Đánh giá nhóm Nguyễn Trung Hiếu 03/10/1993 Tốt Phạm Huy Hiếu 03/03/1993 Tốt Hà Minh Hoàng 06/10/1993 Tốt Trần Việt Hoàng 05/02/1993 Tốt Nguyễn Đình Hồng 10/03/1993 Tốt Mai Văn Hùng 10/11/1992 Tốt Lê Xuân Hùng 19/07/1993 Tốt Trần Văn Hưng 01/10/1993 Tốt Trần Thu Hương 30/10/1993 Tốt 10 Nội Dung  Giới thiệu tổng quan kỹ thuật MIMO  Ứng dụng kỹ thuật MIMO I Giới thiệu tổng quan kỹ thuật MIMO Khái niệm Mimo ? - MIMO viết tắt (multi input multi output) truyền thông (communications ) - MIMO kỹ thuật sử dụng nhiều ăng-ten phát nhiều ăng-ten thu để truyền nhận liệu Kỹ thuật Mimo tận dụng phân tập ( khơng gian, thời gian, mã hóa,… ) nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu, tốc độ liệu - MIMO hệ thống thông tin không dây Lịch sử phát triển kỹ thuật MIMO • Kĩ thuật MIMO xuất sớm từ năm 70 A.R Kaye D.A George đề năm 1970 W van Etten năm 1975, 1976 • Giữa thập niên 80, Jack Winters Jack Salz làm việc Bell Labs đưa ứng dụng dung kỹ thuật tạo búp bóng- sử dụng hệ Mimo sau • Năm 1993, Arogyaswami Paulraj Thomas Kailath đề xuất khái niệm hợp kênh không gian sử dụng hệ Mimo • Năm 1996, Greg Raleigh Gerard J.Foschini đưa phương pháp sử dụng kỹ thuật MIMO dựa việc biểu diễn dung hàm phụ thuộc vào số anten thu phát • Năm 1998, lần lịch sử Bell Labs chứng minh thí nghệm mơ hình hợp kênh khơng gian (SM) • Năm 2001, sản phẩm thương mại sử dụng công nghệ MIMO- OFDMA đưa thị trường hiệp hội Iospan Wireless Inc Sản phẩm hỗ trợ mã phân tập hợp kênh không gian • Năm 2006, số công ty viễn thông lớn ( Beceem Communications, Samsung, Runcom Technology… ) tập trung phát triển kỹ thuật MIMO-OFDMA làm giải pháp cho chuẩn di động bang thông rộng WIMAX IEEE 802.16e Cũng năm 2006 số công ty ( Broadcom, Intel… ) phát triển công nghệ MIMO-OFDMA chuẩn bị cho kỹ thuật chuẩn Wifi theo tiêu chuẩn IEEE 802.11n • Trong tương lai kỹ thuật MIMO quan trọng hệ 4G, nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phát triển, tính đến năm 2013 nhờ có tảng kỹ thuật MIMO-OFDMA mà có mạng 4G LTE • Ở Việt Nam, điều kiện kỹ thuật cơng nghệ cịn xa với giới nên việc nghiên cứu gặp nhiều khó khăn, đặc biệt trình xây dựng test hệ MIMO Tuy nhiên, vài năm trở lại Việt Nam bắt đầu tiếp cận với công nghệ Phân loại kỹ thuật MIMO MIMO chia thành mảng chính:  Mã trước ( Precoding )  Hợp kênh không gian- SM  Mã phân tập Mã trước ( Precoding ) • Mã trước cách tạo song búp nhiều lớp Trong cách tạo búp song đơn lớp anten phát phát tín hiệu giống với trọng số pha thích hợp để cực đại công suất đầu thu Kết tạo búp song làm tang hệ số công suất thông qua cấu trúc tổng hợp, làm giảm hiệu ứng fading đa đường Nếu môi trường tán xạ cách tạo búp song có hiệu • Trên thực tế sử dụng nhiều anten nhận bên phát khơng thể tạo búp song để cực đại tín hiệu tất anten nhận Khi mã trước cần sử dụng • Trong kỹ thuật này, nhiều lng tín hiệu độc lập phát đồng thời từ anten phát với trọng số thích hợp cho thơng lượng thu cực đại Mã trước yeu cầu bên phát phải biết thông tin trạng thái kênh (CSI) Hợp kênh khơng gian- SM • Hợp kênh khơng gian: u cầu cấu hình anten phù hợp, hợp kênh khơng gian tín hiệu tốc độ cao chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn, luồng phát anten khác băng tần Nếu luồng tín hiệu đến thu có khác biệt kí hiệu khơng gian thích hợp thu tách biệt luồng này, tạo thành kênh song song • Hợp kênh khơng gian hữu hiệu làm tang dung lượng đáng kể trường hợp tỉ số SNR cao Số luồng không gian cực đại nhỏ số anten nhỏ bên phát bên thu • Hợp kênh khơng gian không yêu cầu bên phát phải biết kênh Mã phân tập • Mã phân tập kỹ thuật bên phát thông tin trạng thái kênh, không kỹ thuật SM Mã phân tập phát luồng tín hiệu mã hóa theo kỹ thuật gọi mã hóa theo khơng-thời gian Các anten phát tín hiệu mã hóa trực giao Kỹ thuật phân tập khai thác tính độc lập fading hệ nhiều anten để nâng cao phân tập tín hiệu Vì bên phát khơng biết kênh nên mã phân tập khơng tạo búp sóng Trong thực tế người ta kết hợp kỹ thuật hợp kênh không gian với mã trước bên phát biết trạng thái kênh, kết hợp với mã phân tập trường hợp ngược lại II Ứng dụng kỹ thuật MIMO • Lợi ích hệ MIMO tăng đáng kể tốc độ liệu độ tin cậy kênh truyền Kỹ thuật hợp kênh khơng gian địi hỏi độ phức tạp thu, thường kết hợp với kỹ thuật hợp kênh để phân chia theo tần số trực giao (OFDM), OFDMA Chuẩn IEEE 802.16e kết hợp chặt chẽ với kỹ thuật MIMO-OFDMA chuẩn IEEE 802.11n sử dụng MIMO-OFDM • Hệ MIMO sử dụng chuẩn di động 3GPP & 3GPP2 phát triển kỹ thuật truyền thông MIMO nâng cao kỹ thuật xuyên lớp, kỹ thuật nhiều người dung ad- hoc trongMIMO Xuyên lớp MIMO • Để giải vấn đề xuyên lớp xảy trông hệ thống MIMO, làm tang hiệu sử dụng kênh Kỹ thuật xuyên lớp làm tang hiệu sử dụng kênh SISO • Các kỹ thuật xuyên lớp thường gặp là: điều chế mã hóa thích nghi (AMC), liên kết thích nghi MIMO nhiều người dùng • Để khai thác giao thoa cơng suất nhiều người sử dụng tài nguyên không gian cho kỹ thuật xử lý phát triển tiên tiến, chế độ người dùng, hệ thống MIMO sử dụng nhiều anten • Ví dụ cho xử lý phát triển tiên tiến hệ MIMO nhiều người dùng giao thoa có liên quan đến mã trước Ad- hoc MIMO • Là kỹ thuật hữu dụng cho mạng tế bào tương lai, tập trung vào mạng vô tuyến mắt cáo hay mạng vô tuyến ad-hoc Trong mạng ad-hoc nhiều nút phát liên lạc với nhiều nút thu Để tối ưu hóa dung kênh Ad-hoc, khái niệm kỹ thuật MIMO áp dụng cho liên kết cụm thu phát Không giống với hệ anten hệ MIMO người dùng, nút đặt mạng phân bố • Để đạt dung mạng cần quản lí phân bố tài ngun sóng vơ tuyến hiệu hoạt động đồng thời nút khái niệm mã trang nhiễm bẩn Nhận xét Tóm lại hệ MIMO với kỹ thuật phân tập, mã trước nhiều người dùng quan tâm nghiên cứu phát triển hứa hẹn đem lại cho nhiều lợi ích truyền thông vô tuyến Ưu điểm: Làm tăng tốc độ liệu độ tin cậy kênh truyền Làm nâng cao chất lượng tín hiệu nâng cao độ lợi thu, phát theo không gian Giảm tượng fading truyền thông Tăng hiệu suất sử dụng, công suất, triệt can nhiễu Nhược điểm: Chi phí cho thiết bị nghiên cứu cao, nên chưa phổ biến rộng dãi Giải thuật xử lý tín hiệu cao hơn, phức tạp Lớp DHDT5AHN 2011-2015 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Hồng ... Giới thiệu tổng quan kỹ thuật MIMO  Ứng dụng kỹ thuật MIMO I Giới thiệu tổng quan kỹ thuật MIMO Khái niệm Mimo ? - MIMO viết tắt (multi input multi output) truyền thông (communications ) - MIMO. .. chặt chẽ với kỹ thuật MIMO- OFDMA chuẩn IEEE 802.11n sử dụng MIMO- OFDM • Hệ MIMO sử dụng chuẩn di động 3GPP & 3GPP2 phát triển kỹ thuật truyền thông MIMO nâng cao kỹ thuật xuyên lớp, kỹ thuật nhiều... ngược lại II Ứng dụng kỹ thuật MIMO • Lợi ích hệ MIMO tăng đáng kể tốc độ liệu độ tin cậy kênh truyền Kỹ thuật hợp kênh khơng gian địi hỏi độ phức tạp thu, thường kết hợp với kỹ thuật hợp kênh