Kỹ thuật đa anten trong mạng thông tin di động 3G+

Sự phát triển của thông tin di động

• Đặc tính của HSPA +

Hệ thống truyền dẫn di động đầu tiờn trờn thế giới là hệ thống NMT tương tự (Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu), được giới thiệu ở các quốc gia Bắc Âu năm 1981 cùng thời điểm với AMPS tương tự (Hệ thống di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ.  HSPA+ tăng cường trải nghiệm cho người dùng đầu cuối với tốc độ dữ liệu đỉnh cao, trễ thấp, thiết lập cuộc gọi nhanh, thời gian cuộc gọi dài hơn đáng kể ..HSPA+ hỗ trợ tốc độ đỉnh đường xuống tới 28 Mbps (42 Mbps trong phát hành 8) và đường lên 11 Mbps.

Ghép kênh dựa trên tiền mã hóa

Tiền mã hóa tuyến tính trong ghép kênh không gian tức là xử lý tuyến tính bằng ma trận tiền mã hóa kích thước NT x NL được áp dụng ở phía phát như được minh họa trong hình 2.21 trong trường hợp tổng quát NL bằng hoặc nhỏ hơn NT, tức là NL tín hiệu được ghép kênh và được phát đi bởi NT anten. Chú ý là ghép kênh không gian dựa trên tiền mã hóa có thể được coi là tổng quát cho tạo búp dựa trên tiền mã hóa với vector tiền mã hóa có kích thước NT x 1 thay cho NT x NL. Trong trường hợp số tín hiệu ghép không gian bằng số anten phát (NL = NT), tiền mã hóa được sử dụng để “trực giao” các luồng song song, cho phép tăng cường cách ly tín hiệu ở phía thu.

Trong trường hợp số tín hiệu ghép nhỏ hơn số anten phát NL < NT, tiền mã hóa được sử dụng để sắp xếp NL tín hiệu ghép kênh lên NT anten phát bao gồm cả ghép kênh không gian và tạo búp sóng. Trong đó, từng cột của V và W tạo nên một tập trực giao và là một ma trận NL x NL với các giá trị đặc trưng NL của HHH là phần tử trên đường chéo. Núi một cỏch rừ ràng hơn, trong trường hợp tiền mó húa, mỗi tớn hiệu thu sẽ có mức chất lượng nào đó, phụ thuộc vào giá trị đặc trưng của ma trận kênh.

Điều này chỉ ra lợi ích tiềm tàng của việc áp dụng sự tương thích kết nối động trong miền không gian, tức là lựa chọn tương ứng tỷ lệ mã hóa hoặc sơ đồ điều chế cho mỗi tín hiệu được truyền đi. Tương tự như tạo búp sóng dựa trên bộ tiền mã hóa, cách tiếp cận chung là ước tính kênh ở phía thu và quyết định ma trận tiền mã hóa phù hợp từ một tập các ma trận tiền mã hóa khả dụng (codebook).

Xử lý bộ thu phi tuyến

Trong thực tế, ma trận tiền mã hóa không bao giờ tương ứng với ma trận kênh một cách hoàn hảo, vì luôn có nhiễu giữa các tín hiệu ghép không gian. Như trong hình 2.24 đã chỉ ra, với SIC, trước tiên máy thu sẽ giải điều chế và giải mã từng tín hiệu ghép không gian thứ nhất. Do đó, tín hiệu ghép thứ hai có thể được giải điều chế và giải mã mà không bị nhiễu từ tín hiệu thứ nhất (ít nhất là trong trường hợp lý tưởng).

Sau đó dữ liệu được giải mã chính xác của tín hiệu thứ hai sẽ được mã hóa lại và trừ dần trong tín hiệu thu trước khi giải mã tín hiệu thứ ba. Các bước cứ thế được tiếp tục thực hiện cho đến khi tất cả các tín hiệu được giải điều chế và giải mã. Giải ghép kênh/giải mã tín hiệu ghép không gian dựa trên SIC Rừ ràng là với SIC, tớn hiệu đầu tiờn được giải mó sẽ ở mức nhiễu cao hơn so với các tín hiệu được giải mã sau này.

Như vậy, để thực hiện một cách chính xác hơn thì tín hiệu được giải mã trước phải mạnh hơn những tín hiệu sau. Với giả thiết truyền dẫn đa từ mã như hình 2.23b, điều này có thể thực hiện được bằng cách áp dụng các sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã hóa khác nhau đối với các tín hiệu khác nhau.

Tổng kết

Dữ liệu sau khi được giải mã chính xác sẽ được mã hóa lại và loại trừ dần trong tín hiệu thu. Do đó nhìn chung kỹ thuật đa anten được ứng dụng trong 3G+ với mục đích lớn nhất là tăng tốc độ dữ liệu, nâng cao hiệu suất sử dụng đường truyền vô tuyến. Cụ thể kỹ thuật đa anten trong HSPA+ và LTE sẽ dược trình bày trong chương 3.

Kỹ thuật đa anten trong HSPA +

Sau quá trình trải phổ mỗi luồng có thể coi như tín hiệu trên một anten ảo.Trước khi mỗi tín hiệu anten ảo này được đưa tới anten vật lý, các tín hiệu sẽ được tiền mã hóa dựa trên các trọng số để tối ưu hóa khi truyền trên kênh vô tuyến. Trong trường hợp này, tiền mã hóa mang lại cả phân tập và độ lợi dàn khi cả hai anten phát được sử dụng và các trọng số được lựa chọn sao cho tín hiệu từ hai anten cộng lại tại bộ thu một cách nhất quán. Ngoài ra, tín hiệu hoa tiêu có thể được phát đi trên mỗi anten ảo nhưng không cần tương thích với UE, với giả thiết tín hiệu hoa tiêu sơ cấp được phát đi tại anten đầu tiên.

Thứ nhất là kênh hoa tiêu sơ cấp được cấu hình trên từng anten, sử dụng cùng mã hóa kênh và mã ngẫu nhiên hóa trên tất cả anten.Trường hợp thứ hai là kênh hoa tiêu sơ cấp được cấu hình trên anten đầu tiên, kờnh hoa tiờu thứ cấp được cấu hỡnh trờn một anten khỏc. Dựa vào các báo cáo PCI/CQI, bộ lập lịch ở trạm gốc sẽ quyết định có thể truyền một luồng hay hai luồng tới UE, và kích thước của gói tin (kích thước khối truyền dẫn ) là bao nhiêu, sơ đồ điều chế nào được sử dụng cho từng luồng. Tương tự như phát hành 6, cơ chế điều khiển tốc độ dựa vào thông tin phản hồi UE có trong đặc tính kênh tức thời Với trường hợp truyền dẫn hai luồng, thông tin về tốc độ dữ liệu trờn mỗi luồng phải được biết rừ.

Phần một được mở rộng để chứa thông tin về số luồng truyền tới UE (một luồng hay hai luồng) và sơ đồ điều chế tương ứng cũng như ma trận nào trong bốn ma trận tiền mã hóa mà node B sử dụng. Cả hai báo cáo CQI đơn luồng và hai luồng đều có thể được sử dụng khi bộ lập lịch ra quyết định truyền một luồng, thậm chí là hai luồng khi điều kiện kênh cho phép, ví dụ như khi lượng dữ liệu truyền đi không quá lớn.

Kỹ thuật đa anten trong LTE

Việc chia thành hai chức năng tách biệt như trên để có thể dễ dàng xác định và biểu diễn các sơ đồ đa anten khác nhau, bao gồm phân tập phát vòng hở, tạo búp sóng và ghép kênh không gian trong một cơ cấu đa anten. Trong trường hợp tạo búp sóng, có một từ mã tương ứng với một lớp, tức là tầng Sắp xếp theo lớp sẽ trong suốt.Tầng Tiền mã hóa sẽ áp dụng vector tiền mã hóa wkích thước NA cho mỗi ký hiệu xi. Nhìn chung, ghép kênh không gian LTE thực hiện chủ yếu là tiền mã hóa dựa vào bảng mã (codebook), có nghĩa là đối với một số anten NA và một số lớp NL, sẽ có một tập các ma trận tiền mã hóa được đưa ra để lựa chọn cho phù hợp.

Dựa vào các thông số đo được trên tín hiệu tham chiếu đường xuống ở các anten khác nhau, máy đầu cuối di động quyết định số lớp (hạng) thích hợp và ma trận tiền mã hóa tương ứng. Mạng sẽ thu nhận các thông tin này nhưng không cần phụ thuộc vào nó khi quyết định lựa chọn hạng và tập ma trận tiền mã hóa sẽ được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống thực tế. Mạng thường quyết định chọn một tập hợp các ma trận tiền mã hóa hơn là báo cáo từ máy đầu cuối di động, cho nên mạng cần phải báo hiệu một cỏch rừ ràng về ma trận tiền mó húa được sử dụng.

Một phương pháp tương tự được sử dụng với trường hợp tạo búp đa anten đường xuống, dựa trên các thông số đo được từ tín hiệu tham chiếu đường xuống của các anten khác nhau, máy đầu cuối quyết định lựa chọn vector tiền mã hóa (vector tạo búp) thích hợp và báo cáo cho mạng. Mạng sẽ thu nhận các thông tin này nhưng không cần phụ thuộc vào nó khi quyết định lựa chọn vector tiền mã hóa sẽ được sử dụng cho truyền dẫn đường xuống thực tế.