Chương V: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo
3.5 Các mô hình MIMO ghép kênh không gian
Ghép kênh không gian (SM: Spacial Multiplexing) là một công nghệ sử dụng tính năng của các hệ thống MIMO để đạt được giới hạn dung lượng lý thuyết trong thực tế. Ghép kênh không gian sử dụng các anten phát khác nhau để phát đi các tín hiệu khác nhau. Các tín hiệu này được ghép chung vào kênh không gian và được đưa đến các anten thu, tại phía thu các tín hiệu được phân kênh. Hình 3.12 cho thấy sơ đồ của hệ thống SM. Từ hình 3.12 ta thấy trước hết luồng số cần truyền đựơc chia thành ba luồng độc lập với mỗi luồng có tốc độ giảm 1/3 so với luồng tổng.
Sau điều chế các luồng này được đưa lên ba anten và được thu lại tại ba anten thu.
Sau giải điều chế các luồng này được kết hợp thành luồng tổng.
Hình 3.12 -Sơ đồ hệ thống SM với ba anten phát và ba anten thu
Khác với các mã không gian thời gian sử dụng trong các hệ thống phân tập được xây dựng trên cơ sở tọa độ, các mã không gian thời gian sử dụng trong các hệ thống ghép kênh không gian được xây dựng trên cơ sở phân lớp. Mã không gian thời gian phân lớp đòi hỏi số anten thu phải lớn hơn hoặc bằng số anten phát. Các tính toán phức tạp chủ yếu xẩy ra ở phía thu vì phải sử dụng tách sóng đa người sử dụng.
Các mã hóa không gian thời gian phân lớp sử dụng cho ghép kênh không gian được chia thành ba loại (xem hình 3.13). Các lớp (hay các luồng con) trong BLAST được phân tách bằng các kỹ thuật được gọi là triệt nhiễu để tách bóc các
-LXIV-
luồng số liệu chồng lấn lên nhau. Tách lớp được thực hiện động, trước hết lớp (luồng con ký hiệu) có SNR mạnh nhất được tách, sau đó loại bỏ lớp này và thực hiện tách cho lớp tiếp theo.
3.5.1 D-BLAST (Diagonal-Bell-Labs Layered Space-Time: Mã không gian thời gian phân lớp phòng thí nghiêm Bell theo đường chéo).
Cấu trúc của mã D-BLAST cho thí dụ 4 anten phát được cho trên hình 3.13a.
Trong thí dụ này mỗi lớp bao gồm 8 ký hiệu đựơc mã hoá kết hợp và được phân bố theo không gian và thời gian (theo đường chéo như trên hình vẽ).
D-BLAST nhóm các ký hiệu được phát thành các “lớp”, mã hóa các lớp này một cách độc lập theo thời gian. Sau đó sắp xếp các lớp này một cách tuần hoàn lên các anten sao cho mỗi lớp được phát theo đường chéo như trên hình 3.13a. Bằng cách phân bố các ký hiệu như vậy, D-BLAST cho phép truyền các ký hiệu công bằng giữa các kênh xấu và tốt. Điểm cốt yếu của các kỹ thuật BLAST là việc phân tách các luồng chồng lấn và giao thoa trong không gian. Cấu trúc phân lớp đường chéo của D-BLAST được phân tách bằng cách giải mã lần lượt từng lớp. Quá trình giải mã cho lớp thứ hai trong số bốn lớp được cho trên hình 3.14a. Mỗi lớp được tách bằng cách đặt các lớp chưa đựơc tách vào không và loại bỏ các lớp đã tách. Trên hình vẽ 3.14a, lớp bên trái lớp thứ hai đã được tách và vì thế bị loại bỏ (bị trừ) từ tín hiệu thu, các lớp bên phải chưa được tách nên gây nhiễu và có thể đặt vào không dựa trên hiểu biết về kênh.
D-BLAST có hai nhược điểm sau: (1) đòi hỏi quá trình giải mã lặp phức tạp và (2) lãng phí các khe không gian thời gian lúc khởi đầu và kết thúc một khối D- BLAST.
3.5.2 V-BLAST (Vertical-Bell-Labs Layered Space-Time: Mã không gian thời gian phân lớp phòng thí nghiêm Bell theo chiều đứng).
Cấu trúc của mã V-BLAST cho thí dụ bốn anten phát được cho trên hình 3.13b.
Trong thí dụ này 6 ký hiệu được mã hóa kết hợp được phân bố trên bốn anten theo chiều đứng.
V-BLAST cho phép giảm các khiểm khuyết và phức tạp của D-BLAST. Nguyên lý V-BLAST hơi khác với D-BLAST (hình 3.14b). Trong V-BLAST, mỗi anten phát đi một luồng ký hiệu độc lập, chẳng hạn các ký hiệu QAM. Nhiều kỹ thuật khác nhau có thể sử dụng tại máy thu để phân tách các luồng ký hiệu dựa trên máy thu tuyến tính như: ZF và MMSE. Quá trình tách luồng ký hiệu trong V-BLAST được thực hiện trên bằng cách kết hợp máy thu tuyến tính với loại bỏ nhiễu lần lượt.
-LXV-
Trước hết các ký hiệu mạnh (có tỷ số SNR cao nhất) được tách bằng cách sử dụng máy thu ZF (Zero Forcing: Ép buộc về không) hay MMSE (Minimum Mean Square Error: Sai lỗi trung bình bình phương cực tiểu) . Sau đó các tín hiệu được tách này bị loại ra khỏi luồng tổng bằng cách lấy luồng tổng này trừ đi nó. Sau đó tín hiệu thứ hai được tách (khi này chỉ còn Nt-2 luồng gây nhiễu) và lại được loại… Nói chung luồng được tách thứ i chỉ bị nhiễu từ Nt-i luồng khác. Vì thế một khối lượng lớn luồng nhiễu đã bị loại, khi luồng tín hiệu yếu được tách. Sử dụng triệt nhiễu lần lượt có thứ tự cho phép giảm tỷ lệ lỗi khối khoảng 10 lần so với việc chỉ sử dụng máy thu tuyến tính (tương đương giảm SNR 4dB). Ngoài việc đơn giản, V-BLAST còn cho phép đạt được hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn 20 bps/Hz.
3.5.3 W-STC (Wrapped STC: Mã không gian thời gian quấn nhau).
Đối với loại mã này, số liệu thông tin được mã hóa xoắn, sau đó các từ mã đựơc xử lý như một lớp và đựơc phân bố lên các anten khác nhau như trên hình 3.13c.
Hình 3.13 -Thí dụ về cấu trúc các mã không gian thời gian phân lớp dử dụng cho phép kênh không gian. a) D-BLAST, b) V-BLAST và c)W-STC.
Hình 3.14 -Tách lớp hai trong số bốn lớp của D-BLAST. B) Mã hóa V- BLAST.
-LXVI-
CHƯƠNG IV
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MIMO KHẢ DỤNG CHO 4G DỰA TRÊN CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hiện nay lý thuyết MIMO sẽ phát triển rất mạnh trong mạng vô tuyến 4G cùng với việc ra khuyến cáo xây dựng cùng với các mô hình của nó. Việc đánh giá hiệu năng của các mô hình này thông qua mô phỏng các hệ thống thông tin di động trên máy tính là một công cụ mạnh để đánh giá hiệu năng hệ thống. Tất nhiên hiệu năng thực tế phải đựơc đo và đánh giá tại hiện trường cho hệ thống đã triển khai và các giá trị này thể hiện hiệu năng thực sự của một cấu hình hệ thống cụ thể.
Nhưng mô phỏng bằng máy tính có một số ưu điểm sau:
√ Có thể thực hiện ước tính các khái niệm hệ thống chưa đựơc triển khai hoặc vẫn còn trong quá trình triển khai như LTE
√ Kiểm soát hoàn toàn môi trường bao gồm các thông số truyền sóng, lưu lượng, cấu trỳc hệ thống, …, và cú khả năng theo dừi đầy đủ tất cả cỏc thụng số ảnh hưởng lên kết quả
√ Có thể thực hiện các thí nghiệm được điều khiển tốt để so sánh với các khái niệm hệ thống tương tự hoặc các bộ phận của các khái niệm trong các điều kiện lặp lại nhiều lần
Mặc dù có các ưu điểm nói trên, các kết quả mô phỏng không cho được bức tranh đầy đủ về hiệu năng hệ thống. Không thể lập mô hình cho mọi khía cạnh của môi trường di động và lập mô hình chính xác cho hành vi của tất cả các phần tử trong một hệ thống. Tuy nhiên có thể đạt được một bức tranh rất tốt về hiệu năng hệ thống và bức tranh này thường được sử dụng để tìm ra các giới hạn tiềm năng đối
-LXVII-
với hiệu năng người ta phải đưa ra tiêu chí về cấu hình mô hình, tiêu chí thực hiện nhằm thực hiện mô phỏng rồi từ đó đánh giá hiệu năng của hệ thống. Chương này, sẽ trình bầy:
- Cấu hình và các tiêu chí thực hiện mô phỏng để đánh giá.
- Các mô hình và các giả thiết cho việc đánh giá
- Các giá trị hiệu năng đối với LTE sử dụng các sóng mang 5MHz FDD - Đánh giá LTE trong 3GPP dựa trên mô phỏng động
- Đánh giá lợi ích của kỹ thuật MIMO trong WiMAX
4.1 Cấu hình và các tiêu chí thực hiện mô phỏng để đánh giá