Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)Nghiên cứu kỹ thuật Mimo và khảo sát dung lượng kênh Mimo (LV thạc sĩ)
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MIMO VÀ KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG KÊNH MIMO Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI – 2016 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU Phản biện 1: ………………… ……………………………………………… Phản biện 2: …………… …………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: … … ngày … tháng …… năm …… Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông i MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv LỜI MỞ ĐẦU v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii DANH SÁCH HÌNH VẼ viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Giới thiệu kênh vô tuyến 1.3 Đặc điểm truyền sóng kênh vô tuyến 1.4 Tổn hao đường truyền kênh vô tuyến 1.5 Hiệu ứng đa đường kênh vô tuyến 1.5.1 Hiện tượng fading 1.5.2 Trải trễ 1.6 Hiệu ứng Doppler 1.7 Các phân bố Rayleigh Rice 11 1.8 Dung lượng kênh vô tuyến 14 1.9 Tổng kết chương 15 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN ĐA ANTEN MIMO .16 2.1 Giới thiệu chương 16 2.2 Tổng quan kỹ thuật MIMO 16 2.3 Mô hình hệ thống MIMO tổng quát 19 2.4 Kỹ thuật phân tập phát 20 2.5 Kỹ thuật phân tập thu 25 2.6 Các kỹ thuật quan trọng sử dụng MIMO 31 2.6.1 Ghép kênh không gian .31 2.6.2 Mã hóa không gian thời gian 37 2.6.3 Tạo dạng búp sóng .42 ii 2.7 2.8 2.9 2.10 Dung lượng kênh MIMO 44 Hiệu hệ thống MIMO 45 Ứng dụng MIMO hệ thống thông tin di động 50 Tổng kết chương 50 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG KÊNH MIMO BẰNG MÔ PHỎNG 52 3.1 Giới thiệu chương 52 3.2 Sơ đồ hệ thống 52 3.3 Xây dựng chương trình 54 3.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ .54 3.3.2 Lưu đồ tính toán dung lượng kênh MIMO với số lượng anten thay đổi 55 3.3.3 Lưu đồ tính toán dung lượng kênh MIMO với tỷ số SNR thay đổi 55 3.4 Kết khảo sát mô thảo luận 56 3.5 Tổng kết chương 58 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật MIMO khảo sát dung lượng kênh MIMO” kết trình nghiên cứu tìm hiểu học viên Mọi nội dung tham khảo luận văn tham khảo từ nguồn tài liệu trích dẫn phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Nguyễn Trung Kiên iv LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thày giáo PGS.TS Bùi Trung Hiếu Thày người theo sát tôi, tận tình bảo, góp ý, đinh hướng cho suốt trình làm luận văn Qua đây, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thày, cô bạn lớp M15CQTE01 – B khoa Điện tử Viễn thông Học viện Công nghệ Bưu Viễn Thông, người cho kiến thức bổ ích, hỗ trợ kịp thời tạo điều kiện thuận lợi cho từ ngày đầu học tập trường Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình tôi, người ủng hộ, động viên để vượt qua khó khăn hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! v LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, bùng nổ thiết bị di động, nhu cầu dịch vụ ngày đa dạng người động lực phát triển mạnh mẽ lĩnh vực thông tin di động Các nhu cầu người ngày có đòi hỏi khắt khe chất lượng, độ ổn định để tối đa hóa trải nghiệm người dùng Trong thông tin di động tài nguyên vô tuyến hữu hạn đắt đỏ, nhu cầu người không ngừng tăng lên, đặt nhiều thách thức cho nhà cung cấp dịch vụ nhà nghiên cứu Khi mà hệ thống thông tin di động 3G 4G chuẩn hóa và đưa vào khai thác thương mại hóa với yêu cầu tốc độ liệu dung lượng lớn đặt cho hệ thống giải pháp kỹ thuật sử dụng để giúp cho hệ thống thông tin di động đạt yêu cầu thiết kế đặt công nghệ truyền thông vô tuyến sử dụng đồng thời nhiều anten máy phát nhiều anten máy thu (Multiple Input Multiple Output hay MIMO) Kênh vô tuyến di động vốn chịu tác động lớn môi trường truyền đặc biệt tượng fading, kỹ thuật MIMO cho phép cải thiện nhược điểm kênh vô tuyến di động giải vấn đề quan trọng hệ thống thông tin di động vấn đề dung lượng, tốc độ liệu, hiệu sử dụng phổ vùng phủ Nhận thấy tầm quan trọng kỹ thuật MIMO thông tin vô tuyến nên em chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật MIMO khảo sát dung lượng kênh MIMO” cho luận văn tốt nghiệp cao học Về nội dung, luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan kênh vô tuyến di động Chương 2: Kỹ thuật truyền dẫn đa anten MIMO Chương 3: Khảo sát dung lượng kênh MIMO mô Trong trình làm luận văn, hạn chế mặt kiến thức nên không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đống góp báu từ thày cô bạn Em vi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thày giáo PGS.TS Bùi Trung Hiếu - người giúp em hoàn thành luận văn vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AGC Automatic Gain Control Điều khiển tăng ích tự động AWGN Addtive White Gaussian noise Nhiễu trắng cộng Gaussian ATDE Adaptive Time Domain Equalizer Bộ san thích nghi BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh EGC Equal Gain Combining Kết hợp cân độ lợi HSPA Hight Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao ISI Inter Ký hiệu Interference Nhiễu xuyên ký tự LTE Long Term Evolution Giải pháp dài hạn LOS Line-of-Sight Tia truyền thẳng MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu MRC Maximal Ratio Combining Kết hợp tỷ lệ cực đại SC Select Combining Kết hợp lựa chọn SM Spactial Multiplexing Ghép kênh không gian SIMO Single Input Multiple Output Đơn đầu vào đa đầu SISO Single Input Single Output Đơn đầu vào đơn đầu SNR Signal Nosie Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu STBC Spcae-Time Block Code Mã khối không gian thời gian STTC Space-Time Trellis Code Mã lưới không gian thời gian TC Threshold Combining Kết hợp ngưỡng viii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.2.1 Truyền sóng thông tin vô tuyến .1 Hình 1.3.1 Phản xạ sóng truyền sóng vô tuyến Hình 1.3.2 Tán xạ sóng thông tin vô tuyến .3 Hình 1.3.3 Nhiễu xạ sóng truyền sóng vô tuyến .4 Hình 1.5.1 Truyền đa đường truyền sóng vô tuyến Hình 1.5.2 Trải trễ truyền sóng vô tuyến Hình 1.6.1 Tác động hiệu ứng Doppler 10 Hình 1.6.2 Phổ tín hiệu đầu thu 10 Hình 1.7.1 Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh 12 Hình 1.7.2 Hàm mật độ xác suất phân bố Rice 14 Hình 2.3.1 Mô hình hệ thống MIMO với Nt anten phát Nr anten thu .19 Hình 2.4.1 Hệ thống SIMO, MISO, MIMO 21 Hình 2.4.2 Sơ đồ Alamouti hai anten phát anten thu .22 Hình 2.5.1 Bộ kết hợp tuyến tính gồm M anten thu 26 Hình 2.5.2 Kỹ thuật phân tập thu SC 27 Hình 2.5.3 Kỹ thuật phân tập thu TC 29 Hình 2.5.4 Kỹ thuật phân tập thu MRC 29 Hình 2.5.5 Kỹ thuật phân tập thu EGC .30 Hình 2.6.1 Cấu hình anten 2x2 32 Hình 2.6.2 Thu tuyến tính/giải ghép kênh tín hiệu ghép không gian 33 Hình 2.6.3 Ghép kênh không gian dựa tiền mã hóa 34 Hình 2.6.4 Trực giao tín hiệu ghép không gian thông qua tiền mã hóa 35 50 2.9 Ứng dụng MIMO hệ thống thông tin di động MIMO phương thức truyền dẫn liệu cho phép tăng dung lượng kênh truyền vô tuyến Việc ứng dụng MIMO vào thông tin vô tuyến triển khai ứng dụng đề xuất cho hệ thống 3G trở Các hệ thống vô tuyến đa đầu vào đa đầu MIMO biết đến tảng cho công nghệ truyền dẫn hệ thứ (4G) Sử dụng đa anten phát đa anten thu, hệ thống MIMO cho phép truyền dẫn liệu lên tới gigabit môi trường truyền sóng tia truyền thẳng NLOS Theo 3GPP, lý thuyết LTE với MIMO dải phổ rộng cho phép nhà khai thác đạt tốc độ đỉnh đường xuống lên tới 326 Mbps đường lên 86 Mbps kênh 20 Mhz với anten 4x4 MIMO [4] MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với đường xuống DL, MIMO2x2 (2 anten thiết bị phát anten thiết bị thu) xem cấu hình Trong kỹ thuật ghép kênh không gian phát phân tập đặc tính bật MIMO công nghệ LTE MIMO lợi dụng tín hiệu đa đường máy phát máy thu để cải thiện dung lượng có sẵn cho kênh truyền Bằng cách sử dụng nhiều anten thu phát với việc xử lý tín hiệu số, kỹ thuậ MIMO tạo dòng liệu kênh truyền, từ làm tăng dung lượng kênh truyền Trong hệ thống thông tin di động tương lai (5G) sử dụng cấu hình MIMO cỡ lớn kỹ thuật thông tin đột phá mới, hứa hẹn phát huy hết khả công nghệ MIMO thông qua việc triển khai hàng trăm anten trạm gốc sử dụng kỹ thuật MU-MIMO để phục vụ đồng thời nhiều người dùng 2.10 Tổng kết chương Chương luận văn trình bày tổng thể công nghệ MIMO, kỹ thuật sở quan trọng MIMO kỹ thuật phân tập thực đầu phát đầu thu, kỹ thuật ghép kênh không gian, kỹ thuật tạo búp sóng vấn đề quan tâm truyền dẫn MIMO dung lượng hiệu hệ thống 51 Qua nội dung nghiên cứu chương thấy việc áp dụng kỹ thuật cho phép khắc phục vấn đề kênh vô tuyến truyền dẫn đa đường, cho phép cải thiện tỷ số tín hiệu tạp âm, cải thiện chất lượng tín hiệu đầu thu quan trọng cho phép tăng dung lượng hệ thống, tăng tốc độ liệu, mở rộng vùng phủ sử dụng hiệu phổ tần 52 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG KÊNH MIMO BẰNG MÔ PHỎNG 3.1 Giới thiệu chương MIMO khắc phục hạn chế dung lượng kênh truyền SISO Với N anten phát M anten thu, môi trường fading giàu tán xạ biến đổi chậm, kênh MIMO NtxNr có dung lượng thể tăng tuyến tính theo số anten phát thu đạt đến r = Min(Nt,Nr) lần dung lượng kênh SISO Trên sở lý thuyết nghiên cứu chương luận văn, chương khảo sát dung lượng kênh hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO với trường hợp số lượng anten thay đổi tỷ số SNR thay đổi 3.2 Sơ đồ hệ thống a, Hệ thống sử dụng anten phát anten thu Hình 3.2.1 Hệ thống đơn anten phát thu Hệ thống SISO hệ thống thông tin không dây truyền thống sử dụng anten phát anten thu Máy phát máy thu có cao tần điều chế/giải điều chế Hệ thống SISO thường dùng phát truyền hình kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cá nhân wifi hay Bluetooth Dung lượng hệ thống cho công thức [3], [7] = CSISO log 1 + SNR h b, Hệ thống SIMO bit/s/Hz (3.1) 53 Hình 3.2.2 Hệ thống SIMO Nhằm cải thiện chất lượng hệ thống SISO Hệ thống sử dụng anten phát nhiều anten thu gọi SIMO Trong hệ thống máy thu lựa chọn kết hợp tín hiệu từ anten thu nhằm tối đa hóa tỉ số tín hiệu nhiễu thông qua giải thuật beamforming MRC Khi máy thu biết thông tin kênh truyền, dung lượng kênh tăng theo hàm logarit số anten thu [3], [7] NR = + ρ C log | h n |2 ∑ SIMO n =1 bit/s/Hz (3.2) Trong Nr số anten đầu thu, hm đáp ứng xung anten phát anten thu thứ m, ρ tỷ số tín hiệu tạp âm máy thu c, Hệ thống MISO Hình 3.2.3 Hệ thống MISO Hệ thống sử dụng nhiều anten phát anten thu Hệ thống cung cấp phân tập phát thông qua kỹ thuật Alamouti từ cải thiện chất lượng tín hiệu sử dụng beamforming để tăng hiệu suất phát vùng phủ Dung lượng hệ thống xác định sau [3], [7] ρ = CMISO log 1 + NT NT ∑| h n =1 n |2 bit/s/Hz (3.3) 54 Trong NT số anten phát, hn đáp ứng xung anten phát thứ n anten thu d, Hệ thống MIMO Hình 3.2.4 Hệ thống MIMO Hệ thống MIMO hệ thống sử dụng đa anten đầu phát đầu thu, hệ thống cung cấp phân tập phát nhờ vào anten phát phân tập thu nhờ anten thu nhằm tăng chất lượng hệ thống Dung lượng hệ thống xác định sau [3], [7] SNR = CMIMO log det I n + HH H ) , ( m bit/s/Hz (3.4) 3.3 Xây dựng chương trình 3.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ Hiện để mô thông tin vô tuyến sử dụng phần mềm để thực mô toán viễn thông Matlab, OMNet++, NS-2, Opnet…Các phần mềm mô đa số thuộc loại hướng đối tượng, thư viện modul phong phú giao thức, thiết bị viễn thông sẵn có cho phép người dùng xây dựng modul riêng với giao diện vào có tính kế thừa, phân cấp modul Người dùng dễ dàng quy định số lần thực chạy mô phỏng, thời gian chạy mô độ xác cần thiết…Trên sở yêu cầu toán đặt luận văn lựa chọn phần mềm Matlab phần mềm để thực mô toán đặt luận văn 55 3.3.2 Lưu đồ tính toán dung lượng kênh MIMO với số lượng anten thay đổi Lưu đồ thuật toán chương trình Begin Input: (Nmax,It) If (Nmax > && It > 0) N Y Process Plot End Hình 3.3.1 Lưu đồ thuật toán trường hợp số anten thay đổi Theo nghiên cứu lý thuyết dung lượng kênh vô tuyến tăng tuyến tính số lượng anten thu anten phát tăng Trong phần luận văn thực mô để kiểm chứng lý thuyết với hệ thống khác SISO, SIMO, MISO MIMO Chương trình mô thực kênh fading Rayleigh nhanh với tham số đầu vào chương trình Nmax số lượng anten phát thu It số lượng kênh 3.3.3 Lưu đồ tính toán dung lượng kênh MIMO với tỷ số SNR thay đổi Hình 3.2.2 lưu đồ thuật toán chương trình khảo sát dung lượng kênh MIMO thay đổi tỷ số SNR Các nghiên cứu hệ thống SISO hệ thống bị giới hạn mặt dung lượng tham số SNR hệ thống tăng dần, hệ thống khác SIMO, MISO dung lượng tăng không đáng kể Mục tiến hành khảo sát dung lượng hệ thống MIMO điều kiện tỉ số SNR thay đổi để thấy rõ ưu điểm MIMO so với hệ thống khác Việc khảo sát dung lượng hệ thống MIMO so với hệ thống khác thực kênh fading Rayleigh nhanh với tham số đầu vào tỉ số tín hiệu tạp âm SNR thay đổi, số lượng kênh truyền thực tế thay đổi 56 Begin Input: (It) If (Nmax > && It > 0) N Y Process Plot End Hình 3.3.2 Lưu đồ thuật toán trường hợp tỷ số SNR thay đổi 3.4 Kết khảo sát mô thảo luận Trên sở lý thuyết nghiên cứu hệ thống MIMO dung lượng MIMO, tiến hành xây dựng code chương trình phụ lục thực chạy mô matlab ta kết mô cho trường hợp sau a, Trường hợp số anten thay đổi cho hệ thống SIMO 1xM, MISO Mx1, MIMO MxM SISO Hình 3.4.1 Dung lượng hệ thống với số anten thay đổi 57 Quan hình ta thấy dung lượng hệ thống MIMO tăng cách tuyến tính theo số lượng anten lớn xấp xỉ M lần lần dung lượng SISO (với M số lượng anten) Với MISO dung lượng tăng số lượng anten phát tăng Với hệ thống SIMO hiệu so với SISO MISO giới hạn từ tới 3.4 bps/Hz Với hệ thống SIMO dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit số anten thu tăng hệ thống MIMO tăng tuyến tính tăng số anten phát số anten thu Lợi hệ thống MIMO chủ yếu khai thác từ truyền sóng đa đường Tại máy thu cho phép tách biệt tín hiệu phát từ anten khác có nhiều ký hiệu phát đồng thời, tín hiệu phát đường truyền tín hiệu phát tín hiệu có ích nên đầu thu kết hợp tín hiệu tạo thành tập tín hiệu có chất lượng tốt Tuy nhiên với hệ thống MIMO số lượng anten thu tăng hệ thống trở nên phức tạp hơn, lực tính toán hệ thống yêu cầu phải lớn công suất tiêu thụ lớn b, Trường hợp thay đổi tỉ số SNR cho hệ thống MIMO MxM, SIMO 1xM, MISO Mx1 hệ thống SISO Hình 3.4.2 Dung lượng hệ thống thay đổi theo SNR 58 Dung lượng hệ thống SISO với giá trị SNR thay đổi từ [-15 30] dB, dung lượng hệ thống giới hạn từ tới bps/Hz Dung lượng SISO duy trì mức thấp tăng chậm so với tăng SNR, hình 3.3.2 minh họa giới hạn truyền dẫn SISO Với hệ thống MISO tương ứng với trường hợp số anten thay đổi trường hợp số SNR thay đổi dung lượng đạt MISO thấp so với SIMO, cụ thể giới hạn dung lượng tương ứng với tỷ số SNR thay đổi từ tới 10 bps/Hz Với hệ thống SIMO từ giá trị SNR ban đầu hệ thống SIMO đạt dung lượng cao hẳn so với SISO MISO cụ thể đường dung lượng SIMO nằm đường dung lượng SISO MISO Hệ thống đa anten phát đa anten thu với cấu hình cụ thể 4x4 đạt dung lượng tương ứng với tỷ số SNR thay đổi với dung lượng nằm giới hạn từ tới 35 bps/Hz Có thể thấy so với hệ thống truyền dẫn SISO hệ thống MIMO đạt dung lượng xấp xỉ lần hệ thống SISO Kết mô tương ứng với nghiên cứu lý thuyết Sở dĩ hệ thống MIMO đạt dung lượng lớn nhờ có kỹ thuật áp dụng phía thu giúp kết hợp tín hiệu phát đa đường tạo phía thu để kết hợp lại tạo tập tín hiệu thu tốt hệ thống khác 3.5 Tổng kết chương Hệ thống truyền dẫn MIMO qua nghiên cứu lý thuyết kết mô cho thấy ưu điểm trội mặt dung lượng so với hệ thống khác SISO, SIMO MISO Với việc sử dụng N anten phát M anten thu cho phát tạo NxM kênh truyền sóng song song, tín hiệu phát độc lập đồng thời anten phát, nhằm tăng dung lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát Dung lượng hệ thống tăng tuyến tính theo số kênh truyền song song hệ thống, đầu thu sử dụng phân tập cho phép thu tín hiệu giống kết hợp tín hiệu để giảm tốc độ lỗi bit BER cho phép hệ thống MIMO đạt dung lương lý tưởng so với hệ thống khác 59 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Hệ thống truyền vô tuyến tốc độ cao MIMO triển vọng hấp dẫn cho mạng viễn thông vô tuyến tương lai Về mặt lý thuyết, dung lượng hệ thống tăng lên với việc tăng thêm anten, tức hệ hệ thống MIMO mang lại hiệu suất sử dụng phổ tần vô tuyến cao Bên cạnh đó, hệ thống MIMO giúp giảm công suất phát anten trạm gốc đầu cuối, điều có ý nghĩa mặt kinh tế, thân thiện với môi trường giảm ảnh hưởng xạ điện từ sức khỏe người dùng Tạo búp sóng giúp hệ thống tập trung lượng xạ theo hướng mong muốn giúp tăng hiệu công suất, giảm can nhiễu tránh can nhiễu tới từ hướng không mong muốn, từ giúp cải thiện chất lượng kênh truyền tăng độ bao phủ hệ thống Để thực tạo búp sóng, khoảng cách anten hệ thống MIMO thường nhỏ bước sóng λ (thông thường λ / ), tạo búp sóng thường thực môi trường tán xạ Khi môi trường tán xạ mạnh hệ thống MIMO cung cấp độ lợi ghép kênh không gian độ lợi phân tập Việc sử dụng nhiều anten đầu phát đầu thu tạo kênh truyền song song có từ đa anten phía phát phía thu hệ thống MIMO, tín hiệu phát độc lập đồng thời anten, nhằm tăng dung lượng kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng băng thông hệ thống Dung lượng hệ thống tăng tuyến tính theo số kênh truyền song song hệ thống Trong truyền dẫn vô tuyến, mức tín hiệu thay đổi, bị fading liên tục theo không gian, thời gian tần số, khiến cho tín hiệu nơi thu không ổn định, việc phân tập cung cấp cho thu tín hiệu giống qua kênh truyền fading khác nhau, thu lựa chọn hay kết hợp hay kết hợp tín hiệu để giảm thiểu tốc độ sai bit BER, chống fading qua tăng độ tin cậy hệ thống Để cực đại độ lợi phân tập, giảm BER chống lại fading, thuật toán STBC áp dụng 60 Những lợi ích hệ thống thông tin sử dụng MIMO nhìn thấy cách trực quan phân tích chương luận văn thông qua kết mô hệ thống chương luận văn Hiện giới Việt Nam hướng nghiên cứu công nghệ MIMO hướng nghiên cứu quan tâm nhà nghiên cứu viễn thông Khuyến nghị Như trình bày trên, luận văn đề cập đến vấn đề bản, hệ thống truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao MIMO Trên sở nội dung thực luận văn, học viên xin đưa số khuyến nghị hướng nghiên cứu Để giải toán tài nguyên thông tin vô tuyến hữu hạn đắt đỏ nhu cầu sử dụng ngày cao trải nghiệm người dùng cần tối ưu giải pháp để nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên vô tuyến công nghệ truyền thông vô tuyến sử dụng đa anten, hay gọi công nghệ truyền thông đa đầu vào đa đầu Như phân tích luận văn hệ thống MIMO cho phép tăng dung lượng hệ thống, tốc độ truyền liệu, cài thiện hiệu suất sử dụng phổ tần, tiết kiệm công suất phát, mở rộng vùng phủ yếu tố đạt nhờ sử dụng nhiều anten đầu phát thu kỹ thuật quan trọng khác Với hệ thống 4G để đạt tốc độ liệu cao MIMO sử dụng với kỹ thuật phân tập, sơ đồ truyền dẫn SU-MIMO MU-MIMO, kỹ thuật ghép kênh không gian, tạo búp sóng… cho phép đạt dung lượng tốc độ lớn Trong tương lai khai mạng di động 5G đời cần triển khai hệ thống MIMO với số lượng anten lớn để đáp ứng đòi hỏi mặt tốc độ đồng thời khai thác hết tiềm vốn có hệ thống truyền dẫn vô tuyến Trên sở nội dung nghiên cứu đạt luận văn em xin chọn hướng nghiên cứu tiếp nghiên cứu công nghệ MIMO cỡ lớn áp dụng cho mạng viễn thông vô tuyến 5G 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xuân Nam, Đinh Thế Cường, Nguyễn Minh Tuấn, Nguyễn Vĩnh Hạnh, MIMO- Công nghệ truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao, Tạp chí Bưu Viễn Thông Công nghệ Thông tin, tháng năm 2007 [2] Vinh Hanh Nguyen, Thanh Tam Bui, Xuan Nam Tran, “A Combining scheme for Amplify and Forward MIMO-SDM Cooperative Communications,” Proc The 8th IEEE Asia Pacific Wireless Communication, August 2011 [3] E Ghayoula A Bouallegue, R Ghayoula and J-Y.Chouinard, Capacity and Performance of MIMO systems for Wireless Communications, August 2014 [4] Edited by Alain Sibile, Alberto Zanella, MIMO From theory to Implementation, 2010 [5] George Tsoulos, MIMO System Technology for Wireless Communications, 2006 [6] Claude Oestges and Bruno Clerckx, MIMO Wireless Communications, May 2009 [7] Emad.Mohamed and A.M.Abdulsattar, Evaluation of MIMO capacity over Rayleigh fading channel [8].David Gesbert, Member, IEEE, Mansoor Shafi, From theory to practice: An overview of MIMO space-time coded wireless systems [9].Rashmi Sabnuam Gupta, Kandarpa Kumar Sarma, Capacity analysis of singleuser and multi-user MIMO with split MLSE Adaptive equalization [10] Gordon L.Stuber, Principles of Mobile communication, third edition, 2014 PHỤ LỤC I Chương trình mô dung lượng hệ thống MIMO với số lượng anten thay đổi Mmax = 10; % number of channel realization It = 10000; % initialize variables: ergodic capacity for each number of antennas Cmimo = zeros(1, Mmax); Csimo = zeros(1, Mmax); Cmiso = zeros(1, Mmax); Csiso = zeros(1, Mmax); SNRdB = 0; % in dB SNR = 10.^(SNRdB./10); % linear scale for kk=1:It for M = 1:Mmax % MIMO Hmimo = ( randn(M) + j*randn(M) )/sqrt(2); Cmimo(M) = Cmimo(M) + log2(real(det( eye(M) + SNR/M*Hmimo*Hmimo' )) %% SIMO hsimo = ( randn(M,1) + j*randn(M,1) )/sqrt(2); Csimo(M) = Csimo(M) + log2( + SNR*norm(hsimo)^2); %% MISO hmiso = ( randn(M,1) + j*randn(M,1) )/sqrt(2); Cmiso(M) = Cmiso(M) + log2( + SNR/M*norm(hmiso)^2); %% SISO hsiso = ( randn + j*randn )/sqrt(2); Csiso(M) = Csiso(M) + log2( + SNR*abs(hsiso)^2); end end % Compute average over all channel realizations Csiso = Csiso/It Csimo = Csimo/It Cmiso = Cmiso/It Cmimo = Cmimo/It % plot figure(1) plot(1:Mmax, Cmimo,'r') hold on plot(1:Mmax, Csimo,'b') plot(1:Mmax, Cmiso,'k') plot(1:Mmax, Csiso,'m') xlabel('Number of antennas M') ylabel('Ergodic Capacity (bits/transmission)') title('Ergodic Capacity for i.i.d Rayleigh fast fading channel SNR=0dB') legend('4x4 MIMO', '1x4 SIMO', '4x1 MISO', '1x1 SISO',2) grid hold off II Chương trình mô dung lượng hệ thống MIMO với tỷ số SNR thay đổi Mt = 4; Mr = 4; % number of transmit antennas % number of receive antennas % number of channel realization It = 10000; % SNR range in dB SNRdBvalues = -15:30; % initialize variables: ergodic capacity for each value of SNRdBvalues Cmimo = zeros(1, length(SNRdBvalues)); Csimo = zeros(1, length(SNRdBvalues)); Cmiso = zeros(1, length(SNRdBvalues)); Csiso = zeros(1, length(SNRdBvalues)); for kk=1:It SNRidx = 0; % SNR index % generate channel realization Hmimo = ( randn(Mr,Mt) + j*randn(Mr,Mt) )/sqrt(2); hsimo = ( randn(Mr,1) + j*randn(Mr,1) )/sqrt(2); hmiso = ( randn(1,Mr) + j*randn(1,Mr) )/sqrt(2); hsiso = ( randn + j*randn )/sqrt(2); % % % % mimo simo miso siso for SNRdB = SNRdBvalues SNR = 10.^(SNRdB./10); SNRidx = SNRidx + 1; % linear scale % MIMO Cmimo(SNRidx) = Cmimo(SNRidx) + log2(real(det( eye(Mr) + SNR/Mt*Hmimo*Hmimo' ))); %% SIMO Csimo(SNRidx) = Csimo(SNRidx) + log2( + SNR*norm(hsimo)^2 ); %% MISO Cmiso(SNRidx) = Cmiso(SNRidx) + log2( + SNR/Mt*norm(hmiso)^2 ); %% SISO Csiso(SNRidx) = Csiso(SNRidx) + log2( + SNR*abs(hsiso)^2 ); end end % Compute average over all channel realizations Csiso = Csiso/It; Csimo = Csimo/It; Cmiso = Cmiso/It; Cmimo = Cmimo/It; % plot figure(1) plot(SNRdBvalues, Cmimo,'r') hold on plot(SNRdBvalues, Csimo,'b') plot(SNRdBvalues, Cmiso,'k') plot(SNRdBvalues, Csiso,'m') xlabel('Average SNR \rho (dB)') ylabel('Ergodic Capacity (bits/transmission)') title('Ergodic Capacity for i.i.d Rayleigh fast fading channel') legend('4x4 MIMO', '1x4 SIMO', '4x1 MISO', '1x1 SIMO',2) grid hold off ... vấn đề dung lượng, tốc độ liệu, hiệu sử dụng phổ vùng phủ Nhận thấy tầm quan trọng kỹ thuật MIMO thông tin vô tuyến nên em chọn đề tài Nghiên cứu kỹ thuật MIMO khảo sát dung lượng kênh MIMO ... LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu kỹ thuật MIMO khảo sát dung lượng kênh MIMO ... 2.9 2.10 Dung lượng kênh MIMO 44 Hiệu hệ thống MIMO 45 Ứng dụng MIMO hệ thống thông tin di động 50 Tổng kết chương 50 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT DUNG LƯỢNG KÊNH MIMO BẰNG