5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Chất lượng truyền dẫn
MASSIVE MIMO đề cập đến một hệ thống MIMO với số lượng lớn ăng ten. MIMO khối lượng lớn sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc tiêu chuẩn hóa 5G với nhiều lợi ích đi kèm với nó như chống lại sự mờ dần do truyền đa đường và cung cấp sự đa dạng. Để truyền dữ liệu đáng tin cậy qua kênh không dây, MIMO sử dụng 3 kỹ thuật: tiền mã hóa, ghép nối đa không gian và mã hóa không-thời gian. Tiền mã hóa là một quá trình cân bằng (pha và biên độ) các luồng dữ liệu cấp theo ma trận kênh giữa máy phát và máy phát. Ghép kênh không gian là một kỹ thuật được sử dụng để chia tín hiệu đi thành nhiều luồng khác nhau và truyền chúng song song qua các ăng ten khác nhau. Tiền mã hóa tương tự như khái niệm định dạng chùm kỹ thuật số cho phép truyền đa luồng.
32
Ghép kênh không gian và tiền mã hóa đều cần thiết cho các trường hợp sử dụng 5G để tăng tốc độ và thông lượng dữ liệu. Ghép kênh không gian đáng tin cậy hơn với CSI hoàn chỉnh dưới dạng phản hồi từ bộ thu. Nếu CSI của máy thu được biết ở máy phát thông qua phản hồi, thì nó được gọi là hệ thống vòng kín. Nếu không có CSI nào có sẵn từ máy thu làm nguồn cấp lại, thì nó được gọi là hệ thống vòng hở. Dựa trên CSI và tùy chọn triển khai, tiền mã hóa cũng có các danh mục khác nhau được sử dụng trong hệ thống 5G để đạt được dung lượng kênh tối đa.
Hình 2.15 (a) đại diện cho kỹ thuật ghép kênh không gian 2 × 2 MIMO và hình 2.15 (b) đại diện cho kỹ thuật tiền mã hóa MIMO 2 × 2. Cả hai hệ thống đều bao gồm hai ăng tenở đầu phát và hai ăng ten ở phía thu. Trong kỹ thuật ghép kênh không gian, hai cộng đồng dữ liệu được truyền bởi mỗi ăng tentruyền trên các đường truyền khác nhau và được nhận tại ăng ten thu dưới dạng tổng của nhiều luồng. Tuy nhiên, trong quá trình mã hóa trước, hai ký hiệu dữ liệu được mã hóa trước dưới dạng nhiều lớp theo thông tin kênh và sau đó được đưa đến ăng ten phát. Việc phân lớp này được thực hiện bằng cách sử dụng các sách mã được xác định trước cho số lượng ăng ten MIMO khác nhau để đạt được SINR cao hơn. Trong mã hóa không-thời gian, nhiều bản sao mã hóa của tín hiệu chính được truyền bằng nhiều ăng ten đến máy thu để giải mã.
x0 x1 rx0 rx1 Kênh x0 x1 y0 y1 rx0 rx1 Kênh Tiền mã hóa (a) (b) Phản hồi
Hình 2.15 (a) MIMO 2 × 2 với kỹ thuật ghép kênh không gian, (b) MIMO 2 × 2 với kỹ thuật tiền mã hóa [26]
33
Trong 5G, MIMO có thể được sử dụng với một kỹ thuật riêng lẻ hoặc với sự kết hợp của hai hoặc ba kỹ thuật. Tuy nhiên, các yêu cầu của các kỹ thuật này là trái ngược nhau về khoảng cách ăng ten. Để ghép kênh không gian và mã hóa không thời gian, khoảng cách ăng tencần phải đủ lớn so với mã hóa trước. Ví dụ, nếu 𝜆 là bước sóng của tín hiệu truyền, thì khoảng cách ăng ten để ghép kênh không gian và mã hóa không-thời gian yêu cầu lớn hơn 10𝜆 trong khi để mã hóa trước hoặc định dạng chùm, không gian cần thiết giữa các phần tử ăng tenlà 𝜆 / 2. Hình 2.16 mô tả mô hình hệ thống được đề xuất với N số phần tử ăng ten trong mỗi mảng và M số mảng ở phía máy phát với tùy chọn bộ chia. Nó được chỉ ra thông qua tính toán của ma trận kênh rằng sơ đồ đề xuất có thể cải thiện hiệu quả phổ và thông lượng hệ thống. Sự kết hợp của 3 kỹ thuật MIMO và cho thấy rằng sơ đồ đề xuất cung cấp hiệu suất BER tốt hơn so với các tiêu chuẩn hệ thống khác. Nó phù hợp với môi trường tán xạ phong phú và cung cấp độ lợi phân tập cũng như độ lợi định dạng chùm. Tuy nhiên, do số lượng kích thước ăng ten tăng lên và mật độ kênh thưa thớt trong hệ thống mmWave, một sơ đồ tiền mã hóa lai được đề xuất trong. Thông qua so sánh với các tiêu chuẩn hệ thống khác nhau, nó cho thấy rằng sơ đồ kết hợp này có thể rất phù hợp cho việc triển khai 5G sắp tới. Đối với truyền thông mmWave về mặt giảm độ phức tạp, tiêu thụ điện năng thấp và các khía cạnh hệ thống khác. Tóm lại, có thể nói rằng tiền mã hóa lai có thể tận dụng sự cân bằng giữa hiệu quả năng lượng và hiệu quả quang phổ trong 5G.
1 N Mảng M 1 N Mảng 2 S1 N Mảng 1 Bộ chia Dữ liệu vào S2 S M
34