Dựa vào việc có nhiều anten được sử dụng tại phía phát hay phía thu mà ta chia phân tập không gian làm hai loại: phân tập thu và phân tập phát. Trong phân tập thu, nhiều anten được sử dụng tại phía thu để nhận những bản sao của tín hiệu. Các bản sao tín hiệu tại phía thu nếu được kết hợp một cách hợp lý sẽ làm tăng SNR tại phía thu và giảm ảnh hưởng của fading đa đường. Còn trong phân tập phát, thông điệp được xử lý tại phía phát và được phát đi đồng thời trên nhiều anten.
Xu hướng ngày càng nhỏ gọn của thiết bị di động là một trở ngại rất lớn trong việc tích hợp nhiều anten trong thiết bị di động để khai thác độ lợi phân tập không gian. Do đó, trong các hệ thống di động tế bào việc thu phân tập thường chỉ được thực hiện tại BS.
CHƯƠNG 2
PHÂN TẬP ĐA USER VÀ CÁC LOẠI SCHEDULING
CHƯƠNG 2:
PHÂN TẬP ĐA USER VÀ CÁC LOẠI SCHEDULING ***
2.1. Phân tập đa user (Phân tập đa người dùng):
Trong chương 1, mô hình kênh truyền là điểm- điểm (point-to-point) giữa phía phát và phía thu. Với kênh truyền fading, sự thay đổi của kênh truyền gây trở ngại cho việc thiết lập một kết nối tin cậy. Các kiểu phân tập truyền thống như: phân tập thời gian, phân tập tần số và phân tập không gian được sử dụng để hạn chế ảnh hưởng của fading nhằm giảm BER (Bit Error Rate), nâng cao dung lượng truyền. Nguyên tắc chung của các kiểu phân tập này là phía phát sẽ gửi nhiều bản sao của cùng một thông điệp đến phía thu tạo nên sự dư thừa về mặt thời gian, tần số, không gian tại phía thu nên làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông.
Khác với các kỹ thuật phân tập truyền thống trên, phân tập đa user (Multi User Diversity) được sử dụng trong các hệ thống đa user. Phân tập đa user tận dụng sự thay đổi ngẫu nhiên của kênh truyền fading của các user để nâng cao dung lượng toàn hệ thống mà không cần tăng công suất phát. Điều này đạt được khi BS dùng các phương pháp lựa chọn user (scheduling) cơ hội để chọn user có kênh truyền tốt tại mỗi thời điểm để truyền. Còn đối với mỗi user, tổng dung lượng hứa hẹn sẽ tăng lên khi thống kê trong một thời gian đủ dài. Phân tập đa user không làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông nhưng gây ra một số vấn đề về sự công bằng, độ trễ giữa các user trong hệ thống.
2.2. Độ lợi phân tập đa user [8]:
Độ lợi phân tập đa user là thông số được xác định bằng cách lập tỷ số giữa tổng dung lượng của hệ thống khi sử dụng phương pháp lựa chọn user Greedy Scheduling với tổng dung lượng của hệ thống khi sử dụng phương pháp lựa chọn user Round
Robin Scheduling. Định nghĩa phương pháp Greedy Scheduling, Round Robin Scheduling và các Scheduling cơ hội khác sẽ được trình bày rõ hơn ở phần 2.5.
Độ lợi phân tập đa user đạt được từ những sự thay đổi bất thường của kênh truyền. BS (trạm gốc) sẽ tập hợp thông tin kênh truyền của tất cả các user, sau đó truyền dữ liệu cho user có kênh truyền tốt nhất. Với quan điểm này, sự phân bố độ lợi kênh truyền đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc truy cập hệ thống. Kênh truyền của các user thay đổi càng ngẫu nhiên thì khả năng tăng dung lượng của hệ thống càng cao, như minh họa trong hình 2.1.
Hình 2.1: Độ lợi phân tập đa user với kênh truyền Rayleigh và Rician (k=5) tại SNR=0.
Như hình trên độ lợi phân tập theo tổng dung lượng của các kênh truyền Rayleigh, Rician và AWGN được vẽ với SNR= 0 dB. Ta đã biết, kênh truyền Rayleigh không có đường truyền thẳng (LOS- Light of Sight) nên độ lợi kênh truyền có tính ngẫu nhiên cao nhất. Kênh truyền Rician có đường truyền thẳng (LOS) nên kém ngẫu nhiên hơn kênh truyền Rayleigh. Do đó, độ lợi phân tập đa user của kênh truyền Rician kém hơn trong kênh truyền Rayleigh. Kênh truyền AWGN tại SNR cố định thì không có độ lợi phân tập.
2.3. Các ảnh hưởng đến hệ thống khi khai thác độ lợi phân tập đa user [8]:
Khi khai thác phân tập đa user trong hệ thống thực tế sẽ có những ưu điểm và hạn chế sau:
a. Sự công bằng và độ trễ: Trong một hệ thống đồng nhất (mỗi user có cùng phân bố độ lợi kênh truyền với giá trị công suất trung bình nhận được là như nhau), thì phương pháp chọn một user với độ lợi kênh truyền tốt nhất là công bằng nếu xét trong thời gian dài. Do đó, có thể tăng tổng dung lượng hệ thống cũng như dung lượng của mỗi user. Tuy nhiên, trong thực tế các user thường có đặc tính thống kê kênh truyền không giống nhau. Một số user thường có kênh truyền tốt hơn các user còn lại. Vì vậy, khi tiêu chí đầu tiên là tăng tổng dung lượng hệ thống thì dung lượng của mỗi user sẽ không đảm bảo. Để đảm bảo sự công bằng giữa các user cần có một số điều chỉnh trong hệ thống. Điều này đặc biệt quan trọng với các ứng dụng có độ nhạy cao với trễ.
b. Ước lượng kênh truyền và hồi tiếp: Độ lợi phân tập đa user đạt được khi thông tin kênh truyền (CSI) được biết ở cả phía phát lẫn phía thu. CSI có được thông qua các phương pháp ước lượng kênh truyền. BS gửi chuỗi pilot chung cho tất cả các user trong cell ước lượng. Sau khi ước lượng, các user hồi tiếp (feedback) trạng thái kênh truyền của mình về phía phát (BS). Trong điều kiện lý tưởng, CSI được hồi tiếp về BS là hoàn hảo, không bị lỗi. Khi có càng nhiều user trong hệ thống thì lượng thông tin hồi tiếp càng tăng lên. Các phương pháp để giảm thông tin hồi tiếp được khảo sát trong [6], [18], [19] và [21].
c. Độ thay đổi của kênh truyền: Độ lợi phân tập đa user phụ thuộc vào độ dao động của kênh truyền. Kênh truyền dao động nhanh giúp việc phân bổ tài nguyên công bằng hơn, giảm độ trễ trung bình của mỗi user. Kênh truyền thay đổi chậm, BS sẽ truyền cho user tốt nhất trong thời gian dài, làm cho các user bị trễ cao.
2.4. Mô hình hệ thống:
Trong luận văn, chúng ta sẽ tập trung khảo sát hướng Downlink trong một cell của hệ thống di động tế bào TDMA (đa truy cập phân chia theo thời gian). Cell khảo sát bao gồm 1 BS và K user như hình 2.2.