4. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1. Hai phương án thiết kế cho một hệ thống MIMO đường xuống
Trong phần này chúng ta xem xét tốc độ đạt được khi K >Nt người dùng có mặt trong hệ thống. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trước đây về kênh hồi tiếp MIMO đường xuống, có 2 kết quả khác nhau, hệ thống với số lượng ít người dùng (với Ntngười dùng) và hệ thống với đa người dùng. Thông lượng của hệ thống với số người dùng giới hạn như ở phần trước cực kỳ nhạy với tính chính xác của CSI, và do đó nhiều bit thông tin hồi tiếp cần thiết từ mỗi người dùng để đạt được dung lượng hệ thống lớn. Ở khía cạnh khác, điều này được chỉ ra rằng hệ thống có thể đạt được một dung lượng rất lớn ngay cả với rất ít bit thông tin hồi tiếp cho mỗi người dùng, khi số lượng người dùng tiệm cận đến vô cùng. Ví dụ beamforming ngẫu nhiên (RBF) yêu cầu chỉ log2Nt bit và là một số thực cho mỗi người dùng [17].
Với 2 trường hợp này dẫn đến một câu hỏi: một hệ thống MIMO đường xuống nên được thiết kế như thế nào để nguồn tài nguyên hồi tiếp được sử dụng hiệu quả nhất để tối đa hóa dung lượng hệ thống? Để trả lời câu hỏi này thì tải hồi tiếp tổng hợp trong hệ thống được xem xét, thay vì tập trung theo truyền thống vào tải hồi tiếp mỗi người dùng.
Hình 2.6: Hai phương án thiết kế cho một hệ thống MIMO đường xuống. Một ví dụ minh họa cho tầm quan trọng của câu hỏi thiết kế này. Xem xét một hệ thống MIMO đường xuống với 25 người dùng và 5 dải băng độc lập (về mặt tần số). Hệ thống thứ nhất được thiết kế có tất cả 25 người dùng, hồi tiếp 4 bit lượng tử CSI cho mỗi băng tần, và sau đó chọn mỗi băng tần một tập con của các người dùng cho beamforming, như mô tả của thiết kế 1 trong hình 2.6. Một cách thiết kế khác, trong hệ thống thứ 2, trong đó 25 người dùng được chia thành 5 nhóm tùy ý với 5 người dùng mỗi nhóm. Trong đó mỗi nhóm được gán cho một băng duy nhất. Mỗi người dùng sau đó hồi tiếp 20 bit lượng tử CSI cho băng tần của nó được gán, và mỗi băng một tập hợp con của 5 người dùng đủ điều kiện được chọn beamforming trong băng đó. Mặc dù cả 2 thiết kế trên sử dụng 100 bit thông tin hồi tiếp cho mỗi dải thông phù hợp. Chúng ta sẽ xem xét thiết kế nào cung cấp dung lượng hệ thống lớn hơn.
Trong phần này, chúng ta đặt câu hỏi thiết kế cơ bản sau đây: Với một hạn chế về tổng số lượng bit thông tin hồi tiếp, dung lượng hệ thống đạt được của hệ thống lớn hơn bằng cách chọn một số ít bit từ số lượng lớn người dùng hay bằng cách chọn nhiều bit từ một số ít người dùng?
Giả sử một tải hồi tiếp của tổng Tfb bit, chúng ta xét hệ thống trong đó
Tfb/B người dùng lượng tử kênh truyền với B bit mỗi kênh và hồi tiếp các bit
bằng một số thực (mỗi người dùng) biểu diễn chất lượng kênh. Sau đó BS lựa chọn từ Tfb/B người dùng. Tham số B, cho phép người thiết kế hệ thống chọn sự kết hợp của phân tập đa người dùng và CSI chính xác theo mong đợi: giá trị nhỏ của B nhấn mạnh phân tập đa người dùng hơn độ chính xác của CSI, trong khi đó mức độ chính xác CSI được nhấn mạnh khi giá trị B lớn được chọn [14].
Trong ví dụ ở hình 2.6, tổng số bít hồi tiếp Tfb= 100 bit và thiết kế 1 có 25 người dùng, mỗi user hồi tiếp B = 4 bit thông tin trên mỗi băng, qua đó cung cấp cho các BS nhiều người sử dụng để lựa chọn (phân tập đa người dùng) mặc dù với độ chính xác CSI hạn chế. Mặc khác trong thiết kế 2, có 5 người dùng hồi tiếp thông tin trên một băng làm giảm sự phân tập đa người dùng, nhưng mỗi 5 người dùng hồi tiếp B = 20 bit thông tin, tương ứng với CSI chính xác hơn. Giả sử Nt = 4, SNR=10dB, ZF beamforming và lựa chọn người dùng, thiết kế 1 đạt được dung lượng hệ thống 4.67 bps/Hz (trong môt băng) trong khi thiết kế 2 đạt được dung lượng hệ thống cao hơn nhiều, 9.97 bps/Hz [14]. Rõ ràng, chọn giá trị của B không chính xác có thể dẫn đến sự mất mát thông tin đáng kể. Chúng ta thấy rằng với độ chính xác của CSI là quan trọng hơn là phân tập đa người dùng.