Công nghệ Đa ăng-ten và Truyền thông không gian thời gian trong hệ thống không dây hiện đại
MỤC LỤC
Tầm nhìn mạng không dây
Ứng dụng thương mại bao gồm giám sát các mối nguy hiểm cháy, các trang web chất thải độc hại, căng thẳng và quá tải trong các tòa nhà và các cây cầu, rò rỉ CO2và sự lây lan của loại hóa chất và khí tại một địa điểm thiên tai.Các cảm biến không dây tự cấu hình thành một mạng lưới để xử lý và giải thích các phép đo cảm biến và sau đó truyền tải thông tin này vào vị trí điều khiển tập trung. Cuối cùng,mạng không dây cho phép phân phối hệ thống điều khiển với các thiết bị từ xa, cảm biến, thiết bị truyền động và liên kết với nhau thông qua các kênh truyền thông không dây.Hệ thống như vậy lần lượt cho phép đường cao tốc tự động, robot di động, và dễ dàng cấu hình lại ngành công nghiệp-thử nghiệm tự động hóa.
Các vấn đề kỹ thuật
Các tín hiệu được truyền qua môi trường không dây có thể bởi bất cứ tần số ngẫu nhiên trong một khoảng thời gian nào đó, nếu bên phát và bên thu hay bất cứ vật gì di chuyển trong môi trường chuyền đều có thể làm khiến tín hiệu bị phản xạ và tán xạ. Các lớp trong một hệ thống thông tin không dây bao gồm: lớp liên kết hay lớp vật lý, nơi mà tín hiệu bit được xử lý; lớp truy cập, trong đó xử lý khả năng truy cập và chia sẻ của các thiết bị truyền thông; lớp mạng và truyền dẫn dữ liệu, trong lớp này tín hiệu sẽ được định dạng đường truyền và đảm bảo được truyền tới đúng địa chỉ; cuối cùng là lớp ứng dụng, tại đây là lớp cuối cùng để kết thúc một gói truyền.
Hệ thống không dây
Mặc dù những hệ thống LEO chắc chắn có thể bổ sung cho các hệ thống trên mặt đất ơ những khu vực dân số ít và cũng hấp dẫn cho những du khách chỉ muốn có một thiết bị cầm tay và số điện thoại cho chuyển vùng toàn cầu, sự phát triển và chỉ phí giảm của mạng tế bào đã ngăn cản kê hoạch tham vọng cho phát triển rộng khắp các hệ thống dữ liệu và thoại LEO. Nó nằm dưới nền nhiễu với tất cả hệ thống trong cùng dải tần, bao gồm hệ thống quân sự và hệ thống an toàn quan trọng, các hệ thống không cấp phép như là LAN không dây chuẩn 802.11 và Bluetooth, và các hệ thống di động tế bào nơi mà các nhà khai thách chi hàng tỷ đô là cho việc sử dụng phổ tần chuyên dụng.
Phổ tần tín hiệu vô tuyến
Các phương pháp cấp phát phổ tần
Trên thực tế, những cơ chế cơ bản cho việc phân bổ phổ tần không thay đổi nhiều kể từ khi thành lập các cơ quan quản lý trong những năm đầu giữa thập niên 1900, mặc dù các cuộc đấu giá phổ tần và các hệ thống đệm là tương đối mới. Nếu những hệ thống vô tuyến như vậy có thể hoạt động trên toàn một dải tần số rộng lớn, nó có thể mở ra một lượng lớn các băng tần mới và hàng loạt những cơ hội lớn cho các ứng dụng mới và các hệ thống không dây mới.
Cấp phát phổ tần cho các hệ thống hiện tại
Dạng vô tuyến này có thể cảm nhận được môi trường phổ tần của nó qua đó xác định được các chiều trong thời gian, không gian, tần số nơi mà nó không gây nhiễu lên các người dùng khác ngay cả khi công suất phát lớn. Như được mô tả trong Phần trước, phổ tần được phân bổ theo các băng tần được cấp phép (Cái mà các cơ quan quản lý cấp phép cho những hoạt động cụ thể) hay theo các băng tần không cấp phép (Cái mà có thể được sự dụng bởi bất kì một hệ thống nào cho những yêu cầu hoạt động nhất định).
Tiêu chuẩn
Kết quả của sự chậm trễ và phân chia công nghệ dẫn đến Hoa Kỳ đi sau Châu Âu trong sự phỏt triển của hệ thống di động 2G. Mặc dự sai sút của họ , những tiờu chuẩn là rừ ràng là một thành phần cần thiết và thường mang lại lợi ích trong việc thiết kế những thành phần vô tuyếnvà vận hành hệ thống.
Những vấn đề này minh hoạ cho một số vấn đề về kinh tế mà các nhà cung cấp dịch vụ phải đối mặt khi họ di chuyển từ hệ thống sử dụng duy nhất giọng nói sang hệ thống đa
Vậy bạn nên phân bổ băng thông thế nào để tối đa hoá doanh thu dự kiến của bạn ?. Mô tả ba nhược điểm của việc sử dụng mạng LAN không dây thay vì mạng LAN có.
Vấn đề này cho thấy sự gia tăng khả năng liên quan đến việc giảm kích thứơc các ô
Có bao nhiêu đường dữ liệu CDPD cần thiết để đạt được tốc độ dữ liệu tương tự như tỉ.
ĐA ĂNG-TEN VÀ TRUYỀN THÔNG KHÔNG GIAN THỜI GIAN
Mô hình MIMO băng thông hẹp
Các mô hình phổ biến nhất để phân bố này là một mô hình nhiễu không giant rung bình bằng không (ZMSW), với các mục của H được giả định là phân bố độc lập và đồng nhất (i.i.d) có giá trị trung bình bằng không, phương sai bằng một, biến ngẫu nhiên vòng tròn đối xứng Gaussian phức. Nếu các ký hiệu điều biến trên mỗi Mt ăng-ten phát được lựa chọn từ một bảng chữ cái kích thước χ , sau đó vì qua sự ghép tương hỗ giữa ký hiệu truyền tại các ăng-ten thu - Giải điều chế ước lượng hợp lý cực đại đòi hỏi một cuộc tìm kiếm đầy đủ trên tất cả χMt vecto đầu vào Mt có thể có của các ký hiệu Mt.
Khai triển song song kênh MIMO
Nói chung, giả định khác nhau về Thông tin trạng thái kênh và về sự phân bố của các ma trận H dẫn đến dung lượng kênh khác nhau và cách tiếp cận khác nhau để truyền tín hiệu theo không gian-thời gian. Lưu ý rằng σi có liên quan bởi vì nó là tất cả hàm của H, nhưng kể từ khi các kênh song song kết quả không can thiệp với nhau chúng ta nói rằng các kênh với những độ tăng ích là độc lập - chỉ được liên kết thông qua tổng hạn.
Dung lượng kênh MIMO
Dung lượng dưới thông tin trạng thái kênh tại máy phát và Thông tin trạng thái kênh tại máy thu hoàn hảo cũng có thể được xác định trên các kênh với có ăng-ten đơn ở máy phát và đa ăng ten thu (single-input multiple-output, SIMO) hoặc Đa ăng ten phát và đơn ăng ten thu (multiple-input single-output, MISO). Hạn chế năng lượng ngắn hạn đưa đến một thuật toán water- filling trong không gian trên các ăng-ten, trong khi hạn chế năng lượng lâu dài cho phép thuật toán water-filling trên cả không gian và thời gian; điều này cũng tương tự ở miền tần số – thời gian kết hợp vơi dung lượng của kênh fading tại lựa chọn tần số, thời gian khác nhau.
MIMO Diversity Gain: Beamforming
Lời giải: Giá trị đơn lớn nhất của H là σmax= λmax , λmax là giá trị riêng lớn nhất của ma trận.
Sự hoán đổi phân tập – ghép kênh
Sự hoán đổi phân tập – ghép kênh hay nói chung sự hoán đổi giữa tốc độ dữ liệu, xác suất lỗi và độ phức tạp cho các hệ thống MIMO đã được nghiên cứu rộng rãi trong các tài liệu – cả từ một quan điểm lý thuyết và xét về mặt thiết kế mã không gian – thời gian thực tế [35; 36; 37; 38]. Cho các mô hình khối fading với máy thu CSI duy nhất, như khối chiều dài (blocklength) tăng tiệm cận lớn, đầy đủ độ lợi phân tập và độ lợi ghét kênh (xét về mặt dung lượng ngừng cấp) có thể thu được cùng lúc với độ phức tạp hợp lý bằng cách mã hóa theo đường chéo qua ăng-ten [2; 39; 40].
Điều chế và mã hóa không gian – thời gian
Đầu tiên các ký hiệu Mt được truyền từ ăng-ten Mt trong ký hiệu thời gian đầu, tiếp theo các ký hiệu Mt được truyền từ các ăng-ten trong các ký hiệu thời gian tiếp theo, và quá trình này tiếp tục cho đến khi toàn bộ từ mã đã được truyền đi. Tính đơn giản của mã hóa song song và những lợi ích đa dạng của mã hóa nối tiếp có thể thu được bằng cách sử dụng một sự kết hợp sáng tạo của hai kỹ thuật được gọi là mã hóa đường chéo hoặc D-BLAST [2], minh họa trong hình 10.12.
Kênh MIMO tần số chọn lọc
Hơn nữa, hệ thống D-BLAST có thể đạt được sự ngừng cung cấp dung lượng tối đa nếu các chiều không gian-thời gian lãng phí dọc theo các đường chéo bị bỏ qua [6, Chap. Tuy nhiên sự đơn giản này đi kèm với 1 cái giá, như sự mất mát hiệu suất của các chiều không gian-thời gian lãng phí (minh họa trong hình 10.13) có thể lớn nếu kích thước khung hình được lựa chọn không thích hợp.
Ăng-ten thông minh
Dù là tốt nhất cho sử dụng nhiều anten để tăng tốc độ dữ liệu thông qua ghép kênh, tăng độ chắc chắn cho fading thông qua sự đa dạng, hoặc giảm bớt ISI và nhiễu thông qua hướng là một quyết định phức tạp phụ thuộc vào toàn bộ thiết kế hệ thống. Sự phân đoạn thường được sử dụng tại các trạm cơ sở hệ thống di động để cắt giảm nhiễu: giả định các lĩnh vực khác nhau được gán ở cùng một băng tần số hoặc khe thời gian, sau đó với sự phân đoạn hoàn hảo chỉ máy thu trong một lĩnh vực mới giao thoa với nhau, do đó làm giảm nhiễu trung bình của một yếu tố cân bằng về số lượng các lĩnh vực.
