5. Bố cục của luận án
1.3.2 Hệ thống MIMO quy mô lớn
Nhu cầu về truyền tải dịch vụ tốc độ cao đang gia tăng cho các hệ thống không dây thế hệ tiếp theo như hệ thống truyền hình kỹ thuật số mặt đất cầm tay thế hệ tiếp
theo (DVB-NGH). Truyền dẫn nhiều đầu vào nhiều đầu ra quy mô lớn (Massive MIMO) là một trong những kỹ thuật hứa hẹn để đáp ứng nhu cầu này về tốc độ truyền dẫn cao. Hệ thống assive MIMO hỗ trợ phân tập bậc cao, tăng tốc độ dữ liệu và hiệu m quả phổ cao [37].
Hệ thống truyền dẫn nhiều đầu vào nhiều đầu ra (MIMO) sử dụng một số lượng lớn các ăng-ten phát và nhận (thường lớn hơn 100 phần tử), có thể gọi là massive MIMO, đã được quan tâm rất nhiều trong nhưng năm gần đây vì chúng có khả năng cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng phổ của các hệ thống không dây trong tương lai và tăng tốc độ truyền dữ liệu thông qua ghép kênh không gian để phân phối nhiều luồng dữ liệu trong cùng một khối tài nguyên (thời gian và tần số) [38]. Hệ thống massive MIMO khai thác việc tiếp nhận đa đường để cải thiện độ tin cậy của hệ thống về chất lượng tỷ lệ lỗi bit (BER), mà không phải sử dụng thêm băng thông [39]. Hơn nữa, massive MIMO, bằng kỹ thuật định hướng búp sóng có thể làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng bằng cách giảm công suất phát của mỗi thiết bị đầu cuối tỷ lệ nghịch với số lượng các phần tử của ăng ten mảng tại các trạm gốc- [40]. Nó có thể điều khiển nhiều búp sóng cho một số người dùng đầu cuối để tăng tỷ lệ SNR.. Những lợi thế này làm cho massive MIMO trở thành một giải pháp đầy hứa hẹn để đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn cho các hệ thống không dây trong tương lai như DVB-NGH.
Hệ thống MIMO quy mô lớn với hàng trăm ăng-ten phát ở trạm gốc và K người dùng có thể phục vụ đồng thời được mô tả trong hình 1.4. Những ăng-ten được bổ sung thêm ở trạm cơ sở giúp tập trung năng lượng vào vùng nhỏ hơn của không gian, mang lại những cải tiến rất lớn về dung lượng và tiết kiệm năng lượng bức xạ. MIMO quy mô lớn sẽ dùng các ăng-ten để phục vụ cho một số nhỏ hơn nhiều người dùng
đồng thời trong cùng tài nguyên thời gian tần số, mà mỗi người người dùng không cần - thay đổi các thiết bị sử dụng đầu cuối. Sự chênh lệch giữa số lượng ăng-ten ở trạm gốc và số người dùng là điều kiện để hệ thống hoạt động tốt trong thực tế. Điều này giúp hệ thống massive MIMO tạo khả năng phát triển mạng băng thông rộng tương lại. Ngoài ra, hệ thống MIMO quy mô lớn còn thể hiện tính mềm dẻo khi có thể có rất nhiều cấu hình và kịch bản triển khai ăng ten mảng cũng như khả năng kết hợp nhiều - thành phần có độ chính xác thấp cùng làm việc hiệu quả với nhau [41].
Hàng trăm anten phát
k=1
k=K
Hình 1.4.Mô hình hệ thống MIMO quy mô lớn
Trong hệ thống massive MIMO, thông tin trạng thái kênh (CSI) là một yếu tố then chốt. Trạm gốc trong hệ thống massive MIMO cần thông thông tin về CSI để tiền mã hóa ở đường xuống và lọc thu ở đường lên. Hệ thống MIMO quy mô lớn sử dụng song công phân chia theo thời gian (TDD) và kết hợp với các phương pháp hoa tiêu truyền thống để thu được CSI ở đường lên cũng như đường xuống. Các trạm gốc ước lượng CSI nhờ kênh hoa tiêu đường lên từ các đầu cuối. Nhờ vào tính đối xứng kênh truyền của song công phân chia theo thời gian, ma trận kênh truyền đường xuống sẽ là chuyển vị liên hợp của ma trận kênh truyền đường lên. Nhờ đó trạm gốc có thể sử dụng hoa tiêu đường lên để ước lượng trạng thái kênh và thiết kế bộ tiền mã hóa phía phát ở đường xuống hoặc lọc thu ở đường lên. Hệ thống MIMO quy mô lớn có thể sử dụng các bộ mã hóa và lọc thu tuyến tính đơn giản mà vẫn cho phép đạt được hiệu năng cao như MRC (Maximum Ratio Combining), MRT (Maximum Ratio Transmission), ZF (Zero-Forcing)…
Tuy nhiên, để hiện thực hóa việc triển khai các hệ thống MIMO quy mô lớn còn rất nhiều thách thức, cụ thể :
• Yêu cầu về số lượng vùng phát sóng độc lập.
• Việc lắp đặt các ăng- tenvà RF/IF ở các thiết bị đầu cuối.