Hệ thống MIMO với Lựa chọn Ăng-ten
MỤC LỤC
Đặc tính định hướng của trường bức xạ 1. Hàm phương hướng
Hệ số hướng tính là tỉ số của mật độ công suất bức xạ bởi anten ở điểm nào đó trên hướng ấy, trên mật độ công suất bức xạ bởi anten chuẩn cũng tại hướng và khoảng cách như trên (khi công suất bức xạ của 2 anten là như nhau). Khi đó hệ số hướng tính sẽ là một hệ số biểu thị mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng và khoảng cách đã cho lớn hơn bao nhiêu lần so với mật độ công suất bức xạ của anten vô hướng ở khoảng cách nói trên.
Array anten (anten dãy)
Nếu không đáp ứng được điều kiện trên, thì một phần công suất sẽ bị phản xạ ngược trở lại và điều này dẫn đến sự xuất hiện của sóng đứng, nó có thể được biểu thị bằng thông số gọi là tỉ số sóng đứng VSWR. Hệ số sóng đứng VSWR cơ bản là một phép đo đọ không phối hợp trở kháng giữa máy phát và anten.
HỆ THỐNG MIMO 2.1. Mô hình hệ thống MIMO
Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống MIMO a Ưu điểm
Với kĩ thuật tạo búp, tín hiệu được truyền đi theo hướng mong muốn do đó công suất phát chỉ tập trung vào hướng mong muốn, chính vì thế có thể giảm công suất phát của các thiết bị. Tuy nhiên khi sử dụng nhiều anten như thế thì thể tích của các thiết bị lớn (vì số lượng anten vừa nhiều vừa phải đảm bảo khoảng cách giữa các anten để các kênh không tương quan nhau) trong khi yêu cầu điện thoại di động càng ngày càng nhỏ.
Các loại máy thu sử dụng
Máy thu này hoạt động tương tự như phương pháp xoá và đưa về không được sử dụng cho các bộ tách sóng đa người sử dụng hoặc các bộ cân bằng hồi tiếp quyết định trong các kênh fading SISO lựa chọn tần số. Về nguyên lý, tất cả các tín hiệu thu được cân bằng theo phương pháp ZF (đưa về không) và sau đó tín hiệu có SNR cao nhất (có thể dễ dàng tính được khi có thông tin của kênh MIMO) được tách sóng bằng quyết định lưới.
Hệ thống MIMO lựa chọn anten 1. Giới thiệu
Để máy phát có thông tin CSI đầy đủ là một nhiệm vụ phức tạp, bao gồm: ước lượng kênh tại máy thu và hồi tiếp CSI từ máy thu tới máy phát. Máy phát có thể thu thông tin trên kênh qua sự truyền dẫn của một cụm hoa tiêu ngược chiều ngay lập tức trước khi truyền dẫn khung quan trọng.
Hệ thống MIMO sử dụng SVD
Các hệ thống FDD có thể áp dụng tiêu chuẩn SNR bằng cách chọn LT =NT, nghĩa là sử dụng tất cả các anten tai máy phát. Hệ thống sử dụng số giỏ trị riờng giảm nhưng vẫn phỏt và thu trên tất cả các anten được sử dụng, được lợi từ độ lợi dàn tối đa.
Dung lượng của các kênh MIMO với lựa chọn anten
Trong trường hợp này, phương trình (2.14) cho thấy tại SNR lớn, độ lợi dung lượng được dùng như metric theo lý thuyết thông tin để đánh giá mọi phương pháp sử dụng thông tin trạng thái kênh ở máy phát. Nhưng khi có đủ độ tự do (LT lớn), thì h1 có thể được chọn sao cho độ lợi theo loga bị chi phối bởi số hạng âm trong phương trình (2.22), điều này có nghĩa là có một số lợi ích bởi việc loại bỏ đúng đắn một cột của H%, theo l ý luận quy nạp ta suy ra LT=LR là một giả thiết gần tối ưu.
Đặc tính của tiêu chuẩn lựa chọn anten. [2]
Hơn nữa, giả thiết này thuận tiện cho nhiều kế hoạch tín hiệu hoá thời gian-không gian truyền thống như các mã thời gian-không gian trực giao, các máy thu tuyến tính và VBLAST. Tầm quan trọng của độ lợi dàn được minh hoạ như một hệ thống MIMO sử dụng phương pháp SVD (NR=NT =4) sử dụng 3 giá trị truyền dẫn riêng yêu cầu công suất nhỏ hơn 2dBso với mọi hệ thống (NR=NT =3) để đạt được dung lượng 25 bits/s/Hz. Điều này giải thích tại sao, tại SNR thấp, dung lượng của kênh (NR=NT =4) gần bằng với dung lượng của các hệ thống sử dụng lựa chọn anten tại cả hai đầu cuối kênh.
Mô hình kênh MIMO
Trong môi trường thực tế, khi công nghệ MIMO được kết hợp với truyền dẫn OFDM và tiền tố vòng được áp dụng để ước lượng nhiễu giữa các symbol, kênh băng gốc cho mỗi sóng mang con cũng có thể được xét như là một kênh fading phẳng. Tuy nhiên, điều này yêu cầu trải trễ nhỏ hơn thời gian bảo vệ, ví dụ một kênh trong nhà được đo tại 1,8 GHz trong môi trường công sở ở đại học Uppsala có độ rộng băng tần kết hợp được ước lượng là 2,8 MHz. (2.51) trong đó Ls là số vật thể tán xạ, Cs là độ lợi đường truyền do vật hể tán xạ s gây ra, fd=v/λ là tần số Doppler cực đại, v là tốc độ chuyển động của MS, λ là bước sóng, αn là góc giữa phương chuyển động MS với phương sóng tới từ vật tán xạ s, θn là góc pha do vật phản xạ n gây ra.
LỰA CHỌN MIMO ANTEN
Mục đích của hệ thống đa anten(MIMO anten)
Một cách khác tạo các kênh không tương quan là sử dụng các loại phân cực khác nhau khi truyền hay nhận tín hiệu. Nếu máy phát sử dụng các tín hiệu phân cực ngang và phân cực dọc, thì hai tín hiệu này sẽ được phản xạ khác nhau và do đó chúng sẽ độc lập nhau tại máy thu. Một tín hiệu fading đa đường bao gồm nhiều thành phần tín hiệu bị tán xạ, các tín hiệu này đến anten thu theo nhiều đường khác nhau nên các góc cũng khác nhau.
Hệ thống MIMO với sự lựa chọn anten
Trong trường hợp phản hồi bị giới hạn giữa máy phát và máy thu, thuật toán lựa chọn có thể thực hiện tại máy thu và chỉ có thông tin về các chỉ số anten được sử dụng phản hồi tới máy phát. Φ dựa trên một số tiêu chuẩn đặc biệt, ví dụ như thông tin tương hỗ cực đại giữa máy phát và máy thu, tỉ số tín hiệu trên nhiễu cực đại hay tốc độ lỗi bit nhỏ nhất. Dưới đây, luận văn trình bày phương pháp tính gần đúng ngẫu nhiên rời rạc tổng quát để giải bài toán tối ưu ngẫu nhiên rời rạc trong (3.7) và xét các dạng khác nhau của hàm đối tượng dưới các chuẩn khác nhau, như thông tin tương hỗ cực đại, tốc độ lỗi bit nhỏ nhất….
Các thuật toán tính gần đúng ngẫu nhiên rời rạc
Đầu tiên là dùng lại nhiều lần quan sát kênh giống nhau (nghĩa là sử dụng ước lượng kênh giống nhau để tính một số quan sát của hàm đối tượng dưới các cấu hình anten khác nhau). Thứ ba là các giải pháp lai dựa vào sự kết hợp của thuật toán 3.1 và xử lý theo hàng loạt (ví dụ tìm kiếm toàn bộ dựa trên các ước lượng kênh hoặc các lựa chọn). Chú ý trong thuật toán 3.2, ta yêu cầu một sự ước lượng hàm đối tượng trong mỗi bước lặp nên nói chung độ phức tạp của thuật toán này cũng giống với thuật toán 3.1.
Các lựa chọn anten thích ứng dưới các tiêu chuẩn khác nhau
Tiếp theo, trong hình 3.3, xét 700 bước lặp mỗi lần thực hiện và tính trung bình thông tin tương hỗ của tập con anten được chọn tại tất cả các bước lặp qua 1000 sự thực hiện kênh. Thực tế, thay vì thiết lập giá trị ban đầu của thuật toán bằng cách chọn một tập con anten ngẫu nhiên, có một số cách chọn ω(0) để tránh pha tức thời ban đầu (thực hiện khởi tạo nóng). Tóm lại, có thể giảm độ phức tạp mà không phải chịu bất lợi về độ hội tụ bằng cách giảm SNR của các mô phỏng (giả thiết rằng SNR khác nhau không nhiều) và sử dụng chuỗi symbol giả m ngắn hơn.
Các thuật toán thích ứng để lựa chọn anten trong các kênh biến thiên theo thời gian
Kớch thước bước cố định à trong (3.38) là hệ số khụng nhớ theo hàm mũ của các xác xuất chiếm giữ trước và cho phép tìm tập con anten tối ưu theo thời gian chậm [ ]ω∗ n. Các lập luận tương tự có thể được sử dụng để mở rộng ứng dụng của thuật toán 3.2 cho các kênh biến thiên theo thời gian bằng cách sử dụng kích thước bước cố định à trong (3.14). Các kênh biến thiên theo thời gian thay đổi tập con anten tối ưu theo thời gian mặc dù hầu hết các anten trong tập con anten tối ưu vẫn như vậy.
MÔ PHỎNG DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG MIMO 4.1. Giới thiệu
Chương trình mô phỏng
Nhìn vào kết quả ta có thể thấy rằng độ lợi dung lượng kênh MIMO càng cao ở SNR cao.
CHƯƠNGV: TỔNG KẾT
Một ma trận U (nìn) trờn trường cỏc số phức được gọi là ma trận Unitary nếu UUh=I, trong đó Uh là chuyểnvị Hermitian (chuyển vị liên hợp phức) của U. Tìm các vectơ riêng của ma trận ATA tương ứng với các giá trị riêng nhận được và sắp đặt chúng theo cùng thứ tự để tạo nên các các vectơ cột của ma trận V∈RNìN. Các biểu thức giá trị trung bình, phương sai dung lượng kênh Rician không phân bố độc lập và đồng dạng lần lượt tương ứng với (3.18) và (3.23).