Các phần trước cho thấy kỹ thuật hợp tác giữa các máy thu phát chỉ có một anten vẫn có thể khai thác được tính phân tập không gian ở máy đích. Kỹ thuật hợp tác có thể được áp dụng trong các hệ thống hiện có, trong đó máy relay có thể là các
Hình 2.8: Mô hình MIMO hợp tác
trạm gốc (BS – Base Station) hoặc máy di động (MS – Mobile Station) có nhiều anten thu phát sóng, tạo nên một kênh truyền MIMO giữa các máy. Một máy relay có thể phục vụ cho nhiều người dùng và mở rộng vùng phủ sóng của hệ thống. Ta xem xét hệ thống MIMO hợp tác có một máy nguồn, một máy relay và một máy đích, mỗi máy có nhiều anten như Hình 2.8. Nếu kiểu hợp tác là DF thì máy relay thực hiện giải mã tín hiệu từ máy nguồn và mã hóa lại, nên có thể xem kênh giữa các máy nguồn, máy relay và máy đích cũng tương tự như kênh MIMO truyền thống, có thể sử dụng các kỹ thuật khai thác tính phân tập không gian cho từng kênh. Trong phần này, ta xem xét hệ thống hợp tác kiểu AF, máy relay chỉ khuếch đại tín hiệu và chuyển tiếp nó đến máy đích mà không thực hiện giải mã hay mã hóa tín hiệu, và cách thiết kế hệ số F tối ưu cho máy relay.
Giả sử số anten thu phát sóng trong máy nguồn, máy relay và máy đích tương ứng là M M Ms, r, d như Hình 2.8. Quá trình hợp tác cũng thực hiện qua hai pha trực giao như trong trường hợp hợp tác giữa các máy có một anten.
Pha 1: máy nguồn truyền vector symbol xs = xs
[ ] [ ]
1 ,xs 2 ,...,x Mss[ ]
T với x is[ ]
là symbol được truyền trên anten thứ i của máy nguồn. Nếu máy nguồn không biết trước thông tin kênh truyền, có thể sử dụng mã hóa STBC để mã hóa tín hiệu cần truyền, khi đó xs là tín hiệu ngõ ra của bộ mã hóa STBC. Tín hiệu nhận được ở máy relay và máy đích là:sr s sr s sr
y = P H x +w
(2.31)sd s sd s sd
trong đó Ps là công suất phát của máy nguồn; Hsr,Hsd là ma trận kênh truyền fading của kênh s-r và kênh s-d; w wsr, sd là nhiễu nhiễu AWGN ở máy relay và máy đích, có trị trung bình không và phương sai lần lượt là
σ σ
sr2, sd2 . Giả sử vector symbol nguồn có trị trung bình 0 và ma trận hiệp phương sais
(1 / )
H
s s s s M
R =E x x = M I .
Pha 2: máy relay sẽ thực hiện khuếch đại tín hiệu ysr tạo ra tín hiệu xr =Fysr và truyền đến máy đích, trong đó F là hệ số đại tín hiệu ở máy relay. Tín hiệu thu được ở máy đích trong pha 2:
rd r rd r rd
y = P H x +w (2.33)
trong đó Hrd là ma trận kênh fading giữa máy relay và máy đích (kênh r-d); wrd là nhiễu AWGN ở máy đích trong pha 2 có trị trung bình 0 và phương sai
σ
rd2 và Pr là công suất phát của máy relay, giả sửσ
rd2 =σ
sd2 =σ
d.Kênh truyền giữa máy nguồn và máy relay là kênh MIMO nên hệ số khuếch đại F được tính phải đảm bảo giới hạn cho công suất tín hiệu phát của máy relay và được cho bởi [5]:
(
H)
s H 2 H 1 r r sr sr sr Mr s P tr E x x tr F H H I F Mσ
= + ≤ (2.34)Nội dung tiếp theo sẽ tóm tắt cách thiết kế hệ số F tối ưu và dung lượng kênh của hệ thống MIMO hợp tác trong hai trường hợp: có và không có kết hợp tín hiệu thu từ 2 pha ở máy đích.
