Trong phần này, dung lượng kênh được đo bằng cách sử dụng mơi trường giống như đã miêu tả trong phần 2.3
Trong phép đo dung lượng kênh, vấn đề quan trọng là cần định nghĩa và đánh giá một cách chính xác về tỷ số SNR tại mỗi nhánh anten thu. Để kiểm chứng hiệu năng hệ thống, cĩ 2 cách tiếp cận để đạt được các mức SNR khác nhau:
Cách thứ nhất dựa trên việc thay đổi cơng suất của tín hiệu phát theo các bước định trước, sau đĩ truyền liên tục chuỗi các khung giống nhau. Hạn chế của phương pháp này là sự chi phối về thời gian và yêu cầu cầu máy tính xử lý phải cĩ khả năng lưu trữ rất lớn.
Cách tiếp cận thứ hai là truyền tồn bộ chuỗi các khung OFDM đa băng được phát với cơng suất EIRP lớn nhất cĩ thể, sau đĩ cộng tồn bộ tạp âm băng thơng giới hạn vào tín hiệu thu để thay đổi tỷ số SNR. Thực tế, ban đầu ta đánh giá tỷ số SNR (lớn nhất) tại mỗi nhánh anten bằng cách sử dụng mật độ phổ cơng suất của tín hiệu RF băng thơng giới hạn, sau đĩ tính tốn cơng suất tạp âm cần thiết để đạt được giá trị SNR yêu cầu. Do tín hiệu thu được tại mỗi anten đều là sự pha trộn của cả NT dạng sĩng được phát và tạp âm nhiệt, đầu tiên ta ước lượng mật độ phổ cơng suất, sau đĩ trừ đi mật độ phổ cơng suất trung bình của tạp âm đơn thuần giữa 2 khung được phát trong một khoảng tần số cho trước.
Việc ước lượng tỷ số SINR đã được kiểm chứng bằng cách sử dụng bộ mơ phỏng OFDM đa băng MIMO tốc độ cao trong những mơ hình kênh khác nhau và đã chứng minh là đáng tin cậy cho mục đích của máy thu MMSE (máy thu dựa trên bộ lọc mà trung bình bình phương của lỗi giữa tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của bộ lọc là nhỏ nhất) MIMO. Bước tiếp theo, ta tạo ra tạp âm mầu của cơng suất trung bình xác định trước để đạt được tỷ số SNR mong muốn, cuối cùng là ước lượng giá trị đĩ cho khả năng tách sĩng của máy thu MMSE và các phép đo hiệu năng. Trong phần này, chúng ta sử dụng cách tiếp cận thứ 2.
Dung lượng kênh đo được được chỉ ra trong hình 3.12. Trong cả hình 3.12a và 3.12b, cả dung lượng ecgođic và dung lượng gián đoạn của hệ thống MIMO 2 2 gần như tăng gấp đơi so với những dung lượng này trong hệ thống SISO. Như đã kỳ vọng, với số anten phát cho trước, mỗi anten thu được thêm vào sẽ đem lại độ khuếch đại dung lượng gần như khơng đổi khi tỷ số SNR tăng.
a. Dung lượng ecgođic
b. Dung lượng gián đoạn
a.Cưỡng bức bằng 0
b.MMSE
Hình 3.13 Đặc tính BER của hệ thống OFDM-MB MIMO tốc độ cao
Đặc tính BER của hệ thống được biểu diễn trong hình 3.13. Chú ý rằng tốc độ truyền dẫn trong những trường hợp cĩ 2 anten phát gấp đơi so với tốc độ truyền dẫn trong trường hợp chỉ cĩ 1 anten phát, do phương pháp ghép khơng gian được sử dụng để truyền các ký hiệu dữ liệu. Hệ thống khép khơng gian 2 2 cung cấp độ khuếch đại
mạng thêm vào gần tương đương 3 dB so với hệ thống SISO. Ngồi ra, mỗi anten được thêm vào tại phía thu sẽ mang lại độ khuếch đại phân tập lớn hơn (so sánh giữa các hệ thống 1 1 và 1 2 , giữa hệ thống 2 2 và 2 3 ).
3.8 Tổng kết
Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu về dung lượng kênh của kênh UWB, các kết quả đã chỉ ra rằng:
Trong cả trường hợp SISO và MIMO, khi tỷ số SNR phía phát thấp hơn vài giá trị, khoảng - 20 dB, việc sử dụng OPSA tại phía phát , thay vì UPSA, sẽ làm tăng tốc độ truyền dẫn một cách đáng kể, trong khi nếu tỷ số SNR phía phát lớn hơn một vài giá trị, khoảng 10 dB, OPSA cĩ rất ít ưu điểm. Do đĩ, các phép đo (như thuật tốn đổ nước) cần được sử dụng để cung cấp đầy đủ sự lựa chọn tần số của kênh UWB khi tỷ số SNR thấp.
Trong trường hợp MISO, dung lượng xác suất gián đoạn giảm theo số anten phát khi tốc độ truyền thơng thấp hơn tốc độ truyền dẫn tới hạn (Rc) , nhưng sẽ tăng khi tốc độ này lớn hơn giá trị R2. Khoảng cách giữa R2 và Rc là khơng lớn trong trường hợp được xét. Rc được xác định bởi cơng suất pha-đinh và tỷ số SNR phía phát của hệ thống. Chúng ta cĩ thể nĩi rằng việc sử dụng nhiều anten phát sẽ khơng đem lại lợi ích nếu tốc độ truyền dẫn yêu cầu (chuẩn hĩa bởi băng thơng hệ thống) cao hơn tốc độ truyền dẫn tới hạn.
Trong trường hợp SISO, tốc độ truyền thơng kênh cĩ thể hỗ trợ được với xác suất gián đoạn cho trước gần như tăng theo hàm logarit với số lượng anten thu.
Trong trường hợp MIMO với số anten phát và anten thu bằng nhau, tốc độ truyền thơng kênh cĩ thể hỗ trợ được với xác suất gián đoạn cho trước tăng tuyến tính với số anten phát và anten thu.
KẾT LUẬN Đồ án đã đạt đƣợc một số nội dung sau:
Tìm hiểu về hệ thống UWB, kỹ thuật MIMO trong truyền thơng khơng dây và tiềm năng phát triển cũng như thách thức đối với hệ thống UWB sử dụng kỹ thuật MIMO.
Tìm hiểu các mơ hình kênh UWB được sử dụng để nghiên cứu và mơ phỏng, đặc tính tương quan của các đầu vào tương quan khơng gian giữa các anten cũng được nghiên cứu.
Tìm hiểu sự phụ thuộc của dung lượng kênh UWB-MIMO với số anten phát và anten thu. Các trường hợp được nghiên cứu bao gồm: MISO, SIMO và MIMO và chỉ ra rằng, tốc độ dữ liệu tăng tỷ lệ với số lượng anten theo những cách khác nhau, đặc biệt là trường hợp MISO.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn cơ giáo Ths. Phạm Thị Thúy Hiền đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo, gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Học viện cũng như để hồn thành đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thomas Kaiser, Feng Zheng. “Ultra Wideband Systems with MIMO”, ISBN:
978-0-470-71224-5, 17 MAR 2010 (ebook).
[2] Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Lộ Trình Phát Triển Thơng Tin Di Động 3G Lên 4G“.
[3] T. Kaiser, F. Zheng, and E. Dimitrov. “An overview of ultra wideband systems with MIMO”. Proc. IEEE, 97(2): 285–312, 2009 (ebook).
[4] F. Zheng and T. Kaiser. “On the evaluation of channel capacity of UWB indoor wireless systems”. IEEE Trans. Signal Process., 56(12): 6106–6113, 2008
(ebook).
[5] W. Q. Malik. “Spatial correlation in ultrawideband channels”. IEEE Trans.
Wireless Commun., 7: 604–610, 2008 (ebook).
[6] Wasim Q. Malik and David J. Edwards.“Measured MIMO Capacity and
Diversity Gain With Spatial and Polar Arrays in Ultrawideband Channels”, IEEE
Trans On Commun, VOL. 55, NO. 12, December 2007 (ebook).
[7] Chapter 9 “Ultra wideband wireless communication” - edited by Huseyin Arslan, Zhi Ning Chen, Maria-Gabriella Di Benedetto, 2006 (ebook).
[8] F. Zheng and T. Kaiser. “Channel capacity of MIMO UWB indoor wireless systems”. In UWB Communication Systems – A Comprehensive Overview, M.-G. D. Benedetto and T. Kaiser et al. eds, pp. 376–409, Hindawi Publishing Corporation,
New York, USA, 2006 (ebook).
[9] Faranak Nekoogar. “Ultra-Wideband Communications: Fundamentals and Applications”, Prentice Hall, August 31, 2005 (ebook).
[10] F. Zheng and T. Kaiser. “On the evaluation of channel capacity of multi- antenna UWB indoor wireless systems”. In Proc. 2004 IEEE Int. Symp. on Spread
Spectrum Techniques and Applications, pp. 525–529, Sydney, Australia, 30 Aug.–2 Sept. 2004 (ebook).