Công nghệ MIMO khai thác kỹ thuật truyền dẫn đa đường để tăng thông lượng truyền tín hiệu. Hệ thống MIMO bao gồm nhiều bộ phận thu và phát tín hiệu.
Để khai thác hiệu quả các hệ thống MIMO, cần một môi trường bức xạ đa đường để tạo ra các kênh lan truyền độc lập. Như vậy, sẽ tạo ra nhiều kênh con song song ở cùng tần số, điều này làm cho dung lượng hệ thống cao hơn mà không cần mở rộng băng tần.
Ta xét hệ thống MIMO với nt anten phát và nr anten thu. Sơ đồ hệ thống được thể hiện như sau:
Hình 1.12. Sơ đồ khối hệ thống MIMO
Ma trận phát là ma trận s gồm nt cột si là thành phần cột thứ i. Giả thiết, tín hiệu phát trên mỗi anten có công suất như nhau và bằng Es/nt. Ma trận hiệp phương sai cho tín hiệu phát này được thể hiện:
t s s s t n E R I n (1.8)
Với Es là công suất phát bất kể số anten nt và Int là một ma trận đồng nhất ntxnt. Độ rộng băng tần tín hiệu phát quá hẹp đến nỗi tần số đáp ứng của nó có thể xem như không thay đổi. Ma trận kênh H là một ma trận phức nrxnt. Thành phần hij của ma trận là hệ số fading của anten phát thứ j tới anten thu thứ i. Ta giả thiết, công
nhiên bỏ qua suy hao tín hiệu, độ lợi anten… Bởi vậy, chúng ta đạt được sự chuẩn hóa cho thành phần của H, với một kênh định trước là:
1 2 1, 1 , i 1, 2 ... r j n i j n h n (1.9)
Nếu thành phần kênh không được xác định trước mà là ngẫu nhiên, sự chuẩn hóa sẽ cung cấp các giá trị mong muốn của (1.9).
Ta giả thiết ma trận kênh được biết ở máy thu nhưng không biết trước ở máy phát. Ma trận kênh có thể được ước tính ở máy thu bằng việc truyền một chuỗi huấn luyện. Nếu ta yêu cầu phía phát biết kênh này, chúng ta cần truyền thông tin tới máy phát qua kênh phản hồi. Các phần tử của H có thể được xác định trước hoặc là ngẫu nhiên. Tạp âm ở máy thu là một ma trận đứng khác, kích thước MRx1, được diễn giải bởi n. Thành phần của n là biến số Gauss tròn có phân bố đối xứng trung bình bằng không (ZMCSCG). Ma trận hiệp phương sai của tạp âm thu là:
H
n n E n n
R (1.10) Nếu ở đây không có tương quan giữa các thành phần của n, ma trận hiệp phương sai được biểu diễn như sau:
0
r
n n N n
R I (1.11)
Mỗi nhánh thu MR có công suất tạp âm giống nhau và bằng N0. Phía thu vận hành theo nguyên lý tách sóng giống tối đa qua các anten thu nr. Các tín hiệu thu được tạo thành ma trận cột nrx1 được thể hiện bởi r, với mỗi thành phần phức được tham chiếu tới 1 anten thu. Vì chúng ta giả thiết tổng công suất thu được của các anten bằng tổng công suất phát, SNR có thể được viết như sau:
0
s
E N
(1.12)
Vectơ thu được thể hiện:
Ma trận hiệp phương sai tín hiệu thu được định nghĩa là H E r r được đưa ra như sau: H r r s s R H R H (1.14)