Thụng thường, cỏc cụng nghệ đa anten chủ yếu được xem xột trong cỏc trạm cơ sở, vỡ sự phỏt triển đa anten trong thiết bị người dựng là khụng dễ thực hiện do chi phớ, sự phức tạp của quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu và sự tiờu thụ cụng suất. Điều này vẫn đỳng trong cỏc thiết bị đầu cuối hiện tại cú thể hỗ trợ một số mạng vụ tuyến như là WCDMA, GSM, Bluetooth, GPS, WLAN…
Xử lý tớn hiệu đa anten rất cú lợi cho cỏc bộ thu phỏt ở trạm gốc. Tất cả cỏc phương phỏp mó húa trước làm biến đổi cỏc chũm sao tớn hiệu phỏt phải được chuẩn húa để đảm bảo rằng tất cả cỏc bộ thu di động là cú thể ước lượng và tỏch tớn hiệu từ cỏc anten khỏc nhau như trỡnh bày ở phần 3.3 của chương 3. Cỏc đặc điểm kỹ thuật UTRA FDD hiện nay hỗ trợ hai anten phõn tập phỏt và tạo chựm phỏt. Trong khi cỏc kỹ thuật MIMO thụng tin khụng nằm trong cỏc đặc điểm kỹ thuật UTRA FDD, vỡ việc chuẩn húa ban đầu được thực hiện trong những năm 1990 khi sự phỏt triển cỏc thuật toỏn MIMO thụng tin thực tế vẫn mới chỉ là bắt đầu.
4.2.1. Tạo chựm
4.2.1.1. Tạo chựm trong đường xuống
Thụng thường tạo chựm phỏt là cỏch thức đơn giản nhất để tăng dung năng hệ thống và vựng phủ súng trong đường xuống. Đặc điểm kỹ thuật của 3GPP hiện tại hỗ trợ hai kiểu tạo chựm đú là tạo chựm cố định (FBF - Fixed Beamforming) và tạo chựm người dựng riờng (USBF - User Specific Beamforming) trong đường xuống.
a. Tạo chựm cố định: Bổ sung cỏc sector cho ụ, và do sự biến thiờn (Xột trong thời gian ngắn) của cỏc chựm là nhỏ nờn một sự chuyển giao giữa cỏc chựm là yờu cầu của mỗi người dựng di động. Mỗi chựm được kết hợp với một S-CPICH (Trạm gốc) duy nhất, trong khi P-CPICH được phỏt tới tất cả cỏc ụ (Xem chương 2).
Cũng cú thể sử dụng cỏc mó xỏo trộn khỏc nhau trong cỏc chựm tia khỏc nhau. Trong trường hợp fading phẳng, cỏc mó kờnh của cỏc người dựng khỏc nhau trong chựm vẫn giữ nguyờn tớnh trực giao vỡ chỳng được xỏo trộn với cựng một mó. Cỏc chựm khỏc nhau can nhiễu lẫn nhau và tăng can nhiễu trong ụ, nhưng khi trải
những mức can nhiễu lớn hơn, tiờu đề bỏo hiệu điều khiển tăng do cú cỏc chuyển giao giữa cỏc chựm, bởi vỡ xột về mặt logic cỏc chựm tia cố định tỏc động theo cựng một cỏch như nhau ở cỏc sector khỏc nhau trong một trạm cơ sở. Kết quả là dung năng kờnh tăng.
b. Tạo chựm riờng: Khi kết hợp với cỏc thuật toỏn xử lý tớn hiệu thụng minh hơn, USBF cú thể cung cấp cỏc tốc độ dữ liệu cho từng cỏ nhõn cao hơn FBF. Trong thực tế, USBF khụng thể sử dụng được trong hầu hết cỏc trường hợp đường xuống UTRA FDD, bởi vỡ nú ngăn cản người dựng sử dụng P-CPICH, như là mốc về pha và theo đặc điểm kỹ thuật hiện nay, S-CPICH khụng được sử dụng trong cỏc chựm cỏ nhõn (Xem chương 2). Vỡ vậy, sự ước lượng kờnh phải dựa trờn cỏc kờnh hoa tiờu dành riờng phỏt cụng suất thấp, do đú việc ước lượng kờnh cú thể rất khú khăn trong thiết bị người dựng. Đú là nguyờn nhõn vỡ sao chỉ những người dựng tốc độ cao gần trạm cơ sở cú thể nhận được đầy đủ những thuận lợi từ USBF. Tạo chựm người dựng riờng biệt cú thể là lựa chọn cho UE trong HS-DSCH, nờn mạng khụng thể giả thiết rằng tất cả thiết bị người dựng là cú thể hỗ trợ nú.
Tạo chựm đường xuống làm thay đổi thống kờ của tớn hiệu fading và trong cỏc mụi trường với trải gúc nhỏ, độ lợi mảng trội hơn hẳn độ lợi phõn tập. Do đú, sự ước lượng độ lợi tạo chựm đường xuống so với sự truyền dẫn anten đơn là dễ thực hiện hơn: Độ lợi là gần bằng với độ lợi mảng. Nhưng điều này là khụng đơn giản, nhất là trong đường lờn.
4.2.1.2. Tạo chựm trong đường lờn
Trong đường lờn cả hai cụng nghệ phõn tập và tạo chựm đều dựng trong UTRA FDD và cú thể được thực hiện một cỏch đơn giản ở bộ thu. Phương phỏp đơn giản nhất là để tổ hợp cỏc đường tớn hiệu được lựa chọn là sử dụng phộp tổ hợp tỷ số cực đại (MRC-Maximal Ratio Combining) trong khụng gian chựm tia. Điều này dẫn đến một khỏi niệm gọi là mỏy thu RAKE cú cấu trỳc và hoạt động theo sơ đồ hỡnh (4.1).
Hỡnh 4.1: Mỏy thu RAKE trong hệ thống WCDMA
Cú 3 vấn đề cần xột:
a. Vấn đề thứ nhất là (lựa chọn chựm tia) liờn quan đến sự việc ước đoỏn chựm tia trong OSPF.
b. Vấn đề thứ hai liờn quan đến tớnh chất đa dạng của mụi trường vật lý trong cỏc loại kờnh khỏc nhau. Hơn nữa, cụng suất phỏt của mỏy di động là đặc biệt thấp cho cỏc kết nối dữ liệu thấp, tạo khú khăn cho sự ước lượng kờnh.
c. Vấn đề thứ ba xuất hiện từ thực tế là độ phức tạp ở băng gốc tăng nhanh chúng khi đưa vào cỏc quỏ trỡnh ước lượng khụng gian - thời gian. Chẳng hạn, phần mào đầu của kờnh truy nhập ngẫu nhiờn (RACH) cần được theo dừi đồng thời cho mỗi chựm tia để trỏnh việc thờm trễ trong thời gian thiết lập kết nối.
4.2.1.3. Nhận xột
Tạo chựm phỏt cải thiện dung năng đường xuống trong UTRA FDD, nhưng cần phải nhấn mạnh rằng tạo chựm thu khụng nhất thiết là giải phỏp tốt nhất trong đường lờn vỡ khụng cú độ lợi phõn tập [2]. Điều này làm phỏt sinh một dung hũa
là kiểu cổ chai, FBF cung cấp một giải phỏp tốt trong cỏc vĩ ụ. Ngược lại, nếu lấy vựng phủ súng đường lờn là mục tiờu chớnh, thỡ dựng cỏc anten khụng tương quan cựng với cỏc thuật toỏn thu thớch hợp là một giải phỏp tốt hơn.
4.2.2. Phõn tập phỏt [2]
Như đó biết, giải phỏp phõn tập thu thực hiện tốt hơn việc tạo chựm thu, thậm chớ ngay cả khi độ trải gúc nhỏ. Hơn nữa, tạo chựm phỏt trong đường xuống mất hiệu quả của nú về mặt dung năng và vựng phủ súng khi độ trải gúc (AS) trở nờn lớn, đến mức cỏc chựm tia khụng thể hướng chớnh xỏc đến người dựng nữa. Do đú, điều cần thiết với phương phỏp truyền đa anten trong đường xuống cú hiệu năng tốt khi tương quan giữa cỏc anten phỏt thấp. Thụng thường, tương quan thấp cú thể đạt được khi khoảng cỏch giữa cỏc phần tử anten trong trạm cơ sở là một vài bước súng. Một vài kỹ thuật phõn tập phỏt vũng mở đó được phỏt triển trong những năm gần đõy thay cho thuật toỏn tạo chựm truyền thống. Mó húa khối khụng gian thời gian đơn giản nhất đó được chấp nhận trong những đặc điểm kỹ thuật 3GPP như là một phương phỏp phõn tập phỏt vũng mở hai anten. Theo cỏch núi UTRA FDD, sơ đồ này thường được gọi là phõn tập phỏt khụng gian - thời gian (STTD - Space Time Transmit Diversity).
Mó húa khụng gian - thời gian cho ta phõn tập bằng cỏch giảm phương sai của tớn hiệu thu, tiếp theo là chuyển sang làm giảm cụng suất phỏt trong đường xuống. Tuy nhiờn, cỏc mó húa khụng gian - thời gian khụng tăng SNR thu với việc truyền dẫn anten đơn. Với anten phỏt khụng tương quan, SNR thu được cú thể được cải thiện khi thụng tin trạng thỏi kờnh thời gian ngắn là cú sẵn để dựng trong bộ phỏt. Cỏc thuật toỏn phõn tập phỏt như vậy được gọi là cỏc phương phỏp phõn tập phỏt vũng kớn.
Đặc điểm kỹ thuật của UTRA FDD hiện nay bao gồm hai kiểu vũng kớn [2], trong đú pha và cụng suất tương đối giữa hai anten phỏt được điều chỉnh theo cỏc bit thụng tin phản hồi FBI (Hỡnh 2.11 chương 2) được bỏo hiệu từ mỏy di động tới một trạm cơ sở thụng qua một kờnh điều khiển dành riờng.
Khi dựng phõn tập phỏt UTRA FDD hỗ trợ hai P-CPICH để ước đoỏn kờnh hiệu quả cả hai kờnh. Trong trường hợp dựng cỏc kiểu vũng kớn, cỏc kờnh phản hồi được xỏc định từ cỏc P-PCICH và cỏc trọng số phỏt được ứng dụng trờn kờnh lưu lượng dành riờng. Tớn hiệu hoa tiờu chung được phỏt với cụng suất cao hơn những tớn hiệu hoa tiờu dành riờng, và do đú, cỏc hoa tiờu chung được sử dụng cho sự ước lượng kờnh bất cứ khi nào cú thể. Với cỏc kiểu vũng kớn, cỏc tớn hiệu hoa tiờu dành
riờng được sử dụng cho sự hiệu chỉnh trọng số phỏt (lệnh phản hồi cú thể bị giải mó sai ở trạm gốc và mỏy di động khụng thể tự động giả thiết mỏy phỏt dựng trọng số mà mỏy di động đó ra lệnh) và lượng ước đoỏn vẫn cú thể được tớnh toỏn từ cỏc P- CPICH.
Thụng tin trạng thỏi kờnh gồm cú: + Vũng kớn
+ Vũng hở
Cỏc kỹ thuật vũng kớn ưu việt hơn cỏc cụng nghệ vũng hở, đặc biệt là trong cỏc mụi trường di động thấp, khi trễ của kờnh phản hồi khụng vượt quỏ thời gian kết hợp của kờnh. Hơn nữa, trỏi ngược với cỏc cụng nghệ tạo chựm truyền thống, cỏc thuật toỏn vũng kớn khụng yờu cầu sự chuẩn chỉnh một cỏch chớnh xỏc của cỏc anten phỏt, nhờ đó cú thụng tin phản hồi. Chỉ cần chuẩn chỉnh sơ cỏc thành phần anten để trỏnh cỏc mẫu độ lợi anten sai và can nhiễu bất ngờ cho mạng.
Nhược điểm của phõn tập phỏt tăng độ mạnh của kết nối nhưng khụng tăng tốc độ dữ liệu. Sự tương thớch với phiờn bản cũ sẽ gặp phải khú khăn nếu cụng suất phỏt của cỏc kờnh hoa tiờu chung bị chia cho bốn anten phỏt để hỗ trợ sự ước lượng kờnh từ cỏc thiết bị người dựng. Vậy cỏc thiết bị người dựng cú thể nhận được chỉ hai kờnh hoa tiờu làm mất hiệu năng, vỡ chỳng mất nửa cụng suất khả dụng của cỏc tớn hiệu hoa tiờu chung.
Như trỡnh bày ở trờn, về nguyờn tắc kỹ thuật MIMO đa người dựng cú thể dựng cho hệ UTRA FDD, với những ưu khuyết của nú. Một vài ưu điểm đú là:
+ Gia tăng tốc độ truyền dữ liệu và mở rộng tầm phủ súng trờn cựng một băng thụng, đồng thời giảm chi phớ truyền tải.
+ Cho phộp đầu thu phõn loại tớn hiệu và chỉ nhận tớn hiệu mạnh nhất từ một ăng ten tại một vị trớ nào đú.
+ Đầu phỏt súng sử dụng nhiều ăng ten để truyền súng theo nhiều đường khỏc nhau nhằm tăng lưu lượng thụng tin. Dữ liệu truyền sau đú sẽ được tập hợp lại ở đầu thu theo những định dạng đó được ấn định.
Sau đõy, luận văn trỡnh bày kỹ hơn về đường lờn UTRA FDD. Việc chọn đường lờn UTRA FDD là nhằm:
+ Phục vụ cho cỏc dịch vụ mới (điện thoại thấy hỡnh, dịch vụ theo yờu cầu…) là cỏc dịch vụ yờu cầu hiệu suất phổ cao
+ Trạm gốc và mỏy di động khụng khú khăn trong việc cú 2 anten, và sự thay đổi là khụng nhiều của UTRA FDD so với cũ.