4. Phương pháp nghiên cứu
1.5.4. Kỹ thuật phân tập
Đối với hệ thống thông tin di động, phân tập được sử dụng để hạn chế ảnh hưởng của fading đa đường, tăng độ tin cậy của việc truyền tin mà không cần phải tăng công suất phát hay băng thông.
Các loại phân tập thường gặp là phân tập tần số, phân tập thời gian, phân tập không gian. Trong đó kỹ thuật phân tập không gian hiện đang rất được quan tâm và ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ khả năng khai thác hiệu quả thành phần không gian trong nâng cao chất lượng và dung lượng hệ thống, giảm ảnh hưởng của fading, đồng thời tránh được hao phí băng thông tần số - một yếu tố rất được quan tâm trong hoàn cảnh tài nguyên tần số ngày càng khan hiếm.
Kỹ thuật phân tập cho phép bộ thu nhận được nhiều bản sao của cùng một tín hiệu truyền. Các bản sao này chứa cùng một lượng thông tin như nhau nhưng ít có sự tương quan về fading. Tín hiệu thu là sự kết hợp của các phiên bản tín hiệu khác nhau, ít chịu ảnh hưởng fading so với từng phiên bản riêng lẻ.
a. Phân tập thời gian
Phân tập thời gian được thực hiên bằng cách truyền cùng tín hiệu ở những khoảng thời gian khác nhau, điều này tạo ra các tín hiệu bị fading không tương quan ở máy thu.
Phân tập thời gian không yêu cầu tăng công suất truyền tải, nhưng nó làm giảm tốc độ dữ liệu khi đó dữ liệu được lặp đi lặp lại trong khe thời gian phân tập so với là gửi dữ liệu trong các khe thời gian khác.
Trong thông tin di động mã hóa điều khiển lỗi kết hợp với hoán vị để thực hiện phân tập thời gian. Trong trường hợp này các bản sao của tín hiệu phát được truyền tới máy thu ở dạng thông tin dư do mã hóa điều khiển lỗi. Khoảng thời gian giữa các bản sao của tín hiệu phát được tạo ra bằng cách
hoán vị thời gian để thu được fading độc lập ở đầu ra của bộ giải mã. Do hoán vị thời gian nên tạo ra trễ giải mã, kỹ thuật này thường hiệu quả với môi trường fading nhanh hay thời gian kết hợp kênh nhỏ. Với kênh fading chậm một bộ hoán vị lớn có thể tạo ra trễ đáng kể, điều này không thích hợp với các ứng dụng nhạy cảm với trễ như truyền thoại. Ràng buộc này loại trừ phân tập thời gian cho một vài hệ thống di động. Ví dụ khi máy vô tuyến di động đứng yên thì phân tập thời gian không thể giảm fading. Một trong các hạn chế của phương pháp này là do dư thừa trong miền thời gian nên tạo ra thất thoát trong hiệu quả băng tần.
b. Phân tập tần số
Đây là kỹ thuật sử dụng nhiều tần số khác nhau để phát cùng một tin. Các tần số cần dùng phải có khoảng cách đủ lớn để giữ sự độc lập ảnh hưởng của fading với các tần số còn lại. Tuy nhiên, kỹ thuật này đòi hỏi phải truyền thêm công suất để gửi tín hiệu trên dải băng tần số. Tương tự như phân tập thời gian, phân tập tần số gây ra tổn thất hiệu quả băng tần do sự dư thừa trong miền tần số.
c. Phân tập không gian
Phân tập không gian thường được dùng phổ biến trong hệ thống thông tin không dây. Phân tập không gian còn được gọi là phân tập anten. Đó là một kỹ thuật điển hình sử dụng nhiều anten hay các mảng anten được sắp xếp với khoảng cách phù hợp để tín hiệu trên các anten độc lập. Tùy theo độ cao anten, môi trường truyền và tần số mà ta có được khoảng cách giữa các anten. Khoảng cách điển hình thường khoảng vài bước sóng là đủ để đảm bảo các tín hiệu không tương quan.
Trong phân tập không gian các bản sao của tín hiệu phát được đưa tới máy thu ở dạng dư thừa trong miền không gian. Không giống như hai kỷ thuật
phân tập trên, phân tập không gian không gây tổn thất trong hiệu quả băng tần.
Phân tập phân cực và phân tập góc là hai dạng của phân tập không gian. Trong phân tập phân cực tín hiệu phân cực đứng và tín hiệu phân cực ngang được phát bằng hai anten phân cực khác nhau. Sự khác nhau về phân cực đảm bảo hai tín hiệu không tương quan mà không phải đặt hai anten ở cách xa nhau. Phân tập góc được sử dụng phổ biến cho truyền dẫn với tần số sóng mang trên 10 GHz. Trong trường hợp này các tín hiệu phát có sự phân tán cao trong không gian nên các tín hiệu thu từ các hướng khác nhau sẽ độc lập với nhau. Từ đó hai hay nhiều anten định hướng để thu từ các hướng khác nhau ở máy thu sẽ tạo ra bản sao tín hiệu phát không tương quan.
Dựa trên số lượng các anten được dùng cho phát hay thu ta phân loại phân tập không gian thành phân tập phát và phân tập thu. Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng ở máy thu để thu các bản sao độc lập của tín hiệu phát. Các bản sao của tín hiệu phát được kết hợp để tăng SNR và giảm fading đa đường. Trong phân tập phát, nhiều anten được triển khai ở vị trí máy phát. Tín hiệu được xử lý ở máy phát và sau đó được truyền chéo qua các anten.
Trong thực tế các hệ thống thông tin để đảm bảo nhu cầu thì 2 hoặc nhiều sơ đồ phân tập thường được kết hợp lại tạo ra phân tập nhiều chiều. Ví dụ trong hệ thống di động tế bào GSM nhiều anten thu ở trạm gốc được dùng kết hợp với hoán vị và mã hóa điều khiển lỗi để tận dụng cả phân tập thời gian và không gian (mã hóa không gian-thời gian STC).
Có 3 loại mã hóa không gian - thời gian là:
- Mã hóa không gian – thời gian khối STBC (Space-time Block Code) - Mã hóa không gian – thời gian lưới STTC (Space-time Trellis Code) - Mã hóa không gian – thời gian lớp BLAST (Bell-Lab Layered Space -Time).